低温下强磁场的产生

库尔特·门德尔松

编者按

在这篇文章中，库尔特·门德尔松报告了自己在制造低温强磁场的实验技术上取得的重大突破。在温度仅为2 K的情况下，利用可以承受高达22,000高斯强磁场的超导合金，他和同事们用一种类似于变压器的线圈排布方式的磁耦合线圈进行实验。他们首先在导电的初级线圈上施加1,000高斯的磁场以便在次级超导线圈上产生感应电流。次级线圈的一部分是缠得很密的螺线管，这台装置可以在一较小的空间内产生22,000高斯的磁场。门德尔松指出：这项技术的成功也许可以用于通过绝热退磁法产生极低温。　　英文

已经不止一次有人提出可以利用超导体（完全没有焦耳热）在低温下产生磁场。但用这种方式获得的磁场要受到超导电性消失所对应的磁场阈值的限制。尽管如此，利用温度为2 K时阈值可达22,000高斯的合金（在莱顿的研究结果[1]）仍可以产生强度可观的磁场，这个强度对许多实验来说是足够了。　　英文

剩下的主要困难在于超导体线圈的引线存在热传导。我们可以通过磁场感应传递必要的能量来消除导线中的热传导问题。已提出的实验装置在原理上与变压器相类似，其主回路是正常传导的回路，而次级回路是超导回路。主回路包括直流源和变压器的初级回路；而次级超导回路则包含一个由几匝粗线圈绕成的次级回路和一个用来产生强磁场的由许多匝线圈密绕成的螺线管。当主回路接通时，传递到次级回路的磁能中的一部分分到螺线管上了。我们利用这台装置在一定程度上使磁力线变密了。计算表明，对于给定的几何尺寸，存在次级线圈匝数与螺线管匝数的一个最佳比值。这样，在通常的装置尺寸的极限内，我们很容易由1,000高斯的初级场在几个立方厘米的空间内获得高达22,000高斯的磁场。　　英文

这个方法应该特别适用于要求在低温下的一块不太大的体积内产生超强磁场的情况，例如利用顺磁物质的绝热退磁产生极低温的情况[2]。根据库尔蒂和西蒙[3]、吉奥克和麦克杜格尔[4]以及德哈斯及其同事们[5]的实验，用上述装置从1 K的初始温度得到0.1 K以下的温度应该是可以办到的。由于消除了沿着电流导线的热传导，而且在液氦温区热容量也很小，所以几立方厘米的液氦就足以冷却整台装置了。　　英文

我们正在实验室中利用根据上述方法设计的仪器进行实验。　　英文

（沈乃澂　翻译；赵见高　审稿）