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精準測量，無限可能：SQUID技術了解一下

來源：時間：2024-03-14 10:01:00 瀏覽：1214次

精準測量，無限可能：SQUID技術了解一下

超導量子干涉磁測量（SQUID）技術是一種具有極高靈敏度的磁測量技術，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在科學研究、醫(yī)療診斷、能源監(jiān)測等領域具有廣泛的應用前景。

一、工作原理

SQUID是Superconducting Quantum Interference Device（超導量子干涉器）的縮寫，它利用超導材料在低溫下的量子干涉效應來實現(xiàn)對磁場變化的測量；SQUID技術的核心部分是一個超導環(huán)，稱為 Josephson 環(huán)，Josephson 環(huán)由兩個超導島通過 Josephson 結連接而成，Josephson 結是一種 Tunnel 結，具有低電阻和高靈敏度的特點。

當外部磁場發(fā)生變化時，Josephson 環(huán)中的超導島會受到磁通量的變化，從而在環(huán)中產(chǎn)生電流，這個電流會導致環(huán)的電荷量發(fā)生變化，進而引起環(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 結的高靈敏度，SQUID 對磁場變化的測量精度非常高，甚至可以達到 pT（皮特斯拉）量級。

二、技術特點

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 技術具有很寬的頻率響應范圍，可以測量從直流到射頻的磁場變化；這為 SQUID 在各種應用領域提供了很大的靈活性。

3. 低溫運行：SQUID 需要在極低溫條件下運行，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：SQUID 技術具有很好的抗干擾能力，能夠有效排除外部電磁場的干擾，從而提高測量準確性。

5. 小型化、便攜化：隨著超導材料和加工技術的發(fā)展，SQUID 設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、技術研究和發(fā)展現(xiàn)狀

我國在 SQUID 技術領域的研究始于 20 世紀 80 年代，經(jīng)過近 40 多年的發(fā)展，已經(jīng)在 SQUID 設備研制、應用研究等方面取得了世界領先的成果。

在 SQUID 設備方面，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；這些設備的性能指標達到了國際先進水平，部分設備已經(jīng)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)和應用。

在應用研究方面，我國 SQUID 技術已經(jīng)廣泛應用于物理、生物、醫(yī)學、能源等領域；

例如：

在物理領域，SQUID 技術被用于研究微觀粒子的性質(zhì)和相互作用；

在生物領域，SQUID 技術被用于探測生物體內(nèi)的磁場變化，實現(xiàn)無創(chuàng)診斷；

在醫(yī)學領域，SQUID 技術被用于檢測腫瘤、神經(jīng)系統(tǒng)疾病等；

在能源領域，SQUID 技術被用于監(jiān)測地熱場、電磁場等。

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