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精準(zhǔn)測量，無限可能：SQUID技術(shù)了解一下

來源：時間：2024-03-14 10:01:00 瀏覽：3764次

精準(zhǔn)測量，無限可能：SQUID技術(shù)了解一下

超導(dǎo)量子干涉磁測量（SQUID）技術(shù)是一種具有極高靈敏度的磁測量技術(shù)，能夠在極低溫條件下測量極其微弱的磁場變化；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)對磁場變化的測量；SQUID技術(shù)的核心部分是一個超導(dǎo)環(huán)，稱為 Josephson 環(huán)，Josephson 環(huán)由兩個超導(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)外部磁場發(fā)生變化時，Josephson 環(huán)中的超導(dǎo)島會受到磁通量的變化，從而在環(huán)中產(chǎn)生電流，這個電流會導(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，通過測量這個電壓變化，我們可以得知外部磁場的變化情況；由于 Josephson 結(jié)的高靈敏度，SQUID 對磁場變化的測量精度非常高，甚至可以達(dá)到 pT（皮特斯拉）量級。

二、技術(shù)特點(diǎn)

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

2. 寬頻帶：SQUID 技術(shù)具有很寬的頻率響應(yīng)范圍，可以測量從直流到射頻的磁場變化；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的干擾，從而提高測量準(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)場檢測和移動測量方面具有潛力。

三、技術(shù)研究和發(fā)展現(xiàn)狀

我國在 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 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)被用于探測生物體內(nèi)的磁場變化，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)測地?zé)釄觥㈦姶艌龅取?/span>

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