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精準(zhǔn)測(cè)量，無限可能：SQUID技術(shù)了解一下
來源： 時(shí)間：2024-03-14 10:01:00 瀏覽：2393次

精準(zhǔn)測(cè)量，無限可能：SQUID技術(shù)了解一下

 

超導(dǎo)量子干涉磁測(cè)量（SQUID）技術(shù)是一種具有極高靈敏度的磁測(cè)量技術(shù)，能夠在極低溫條件下測(cè)量極其微弱的磁場(chǎng)變化；作為一種特殊的傳感器，SQUID在科學(xué)研究、醫(yī)療診斷、能源監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

一、工作原理

SQUID是Superconducting Quantum Interference Device（超導(dǎo)量子干涉器）的縮寫，它利用超導(dǎo)材料在低溫下的量子干涉效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)磁場(chǎng)變化的測(cè)量；SQUID技術(shù)的核心部分是一個(gè)超導(dǎo)環(huán)，稱為 Josephson 環(huán)，Josephson 環(huán)由兩個(gè)超導(dǎo)島通過 Josephson 結(jié)連接而成，Josephson 結(jié)是一種 Tunnel 結(jié)，具有低電阻和高靈敏度的特點(diǎn)。

當(dāng)外部磁場(chǎng)發(fā)生變化時(shí)，Josephson 環(huán)中的超導(dǎo)島會(huì)受到磁通量的變化，從而在環(huán)中產(chǎn)生電流，這個(gè)電流會(huì)導(dǎo)致環(huán)的電荷量發(fā)生變化，進(jìn)而引起環(huán)中電壓的變化，通過測(cè)量這個(gè)電壓變化，我們可以得知外部磁場(chǎng)的變化情況；由于 Josephson 結(jié)的高靈敏度，SQUID 對(duì)磁場(chǎng)變化的測(cè)量精度非常高，甚至可以達(dá)到 pT（皮特斯拉）量級(jí)。


二、技術(shù)特點(diǎn)

1. 高靈敏度：SQUID 的磁場(chǎng)測(cè)量靈敏度非常高，可以檢測(cè)到極微弱的磁場(chǎng)變化；這使得 SQUID 在探測(cè)微觀粒子、研究物質(zhì)性質(zhì)等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。

2. 寬頻帶：SQUID 技術(shù)具有很寬的頻率響應(yīng)范圍，可以測(cè)量從直流到射頻的磁場(chǎng)變化；這為 SQUID 在各種應(yīng)用領(lǐng)域提供了很大的靈活性。

3. 低溫運(yùn)行：SQUID 需要在極低溫條件下運(yùn)行，通常需要在液氮溫度（77 K）或液氦溫度（4 K）下工作；低溫環(huán)境可以提高 SQUID 的靈敏度和穩(wěn)定性。

4. 抗干擾能力強(qiáng)：SQUID 技術(shù)具有很好的抗干擾能力，能夠有效排除外部電磁場(chǎng)的干擾，從而提高測(cè)量準(zhǔn)確性。

5. 小型化、便攜化：隨著超導(dǎo)材料和加工技術(shù)的發(fā)展，SQUID 設(shè)備的小型化和便攜化取得了顯著成果，使得 SQUID 在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和移動(dòng)測(cè)量方面具有潛力。


三、技術(shù)研究和發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)在 SQUID 技術(shù)領(lǐng)域的研究始于 20 世紀(jì) 80 年代，經(jīng)過近 40 多年的發(fā)展，已經(jīng)在 SQUID 設(shè)備研制、應(yīng)用研究等方面取得了世界領(lǐng)先的成果。

在 SQUID 設(shè)備方面，我國(guó)已經(jīng)成功研制出多種類型的 SQUID，包括單環(huán)型、雙環(huán)型、分布式陣列型等，涵蓋了低溫、高溫、混合低溫等多種類型；這些設(shè)備的性能指標(biāo)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，部分設(shè)備已經(jīng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用。

在應(yīng)用研究方面，我國(guó) SQUID 技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于物理、生物、醫(yī)學(xué)、能源等領(lǐng)域；

例如：

在物理領(lǐng)域，SQUID 技術(shù)被用于研究微觀粒子的性質(zhì)和相互作用；

在生物領(lǐng)域，SQUID 技術(shù)被用于探測(cè)生物體內(nèi)的磁場(chǎng)變化，實(shí)現(xiàn)無創(chuàng)診斷；

在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，SQUID 技術(shù)被用于檢測(cè)腫瘤、神經(jīng)系統(tǒng)疾病等；

在能源領(lǐng)域，SQUID 技術(shù)被用于監(jiān)測(cè)地?zé)釄?chǎng)、電磁場(chǎng)等。

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