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Universidad Nacional de San AgustnFacultad de Ingenieras Geolgica, Geofsica y MinasEscuela Profesional de Ingeniera GeolgicaCURSO DE PROSPECCIN GEOFSICA I

MAGNETMETRO SQUID

1OBJETIVOSConocer la descripcin del equipo y sus partes importantesConocer el funcionamiento del equipoDar a conocer las ventajas y desventajas del magnetmetro de squid

INTRODUCCINExplicar el funcionamiento de los dispositivos denominados magnetmetros SQUIDs que son capaces de medir campos magnticos muy pequeos y trataremos un ejemplo concreto de su aplicacin en la geologa en donde aprovecha esta propiedad.El SQUID es uno de los dispositivos superconductores ms utilizados. Este es un detector extremadamente sensible a los cambios de intensidad del campo magntico. Se utiliza tanto en aplicaciones militares como mdicas. Es capaz de detectar seales elctricas del cerebro y el corazn con granprecisin. Puede comprobar el buen estado de tuberas ypuentes de manera no destructiva.

Se utiliza tambin en elpaleomagnetismo, sensores geolgicos para prospeccionespetrolferas.

HISTORIAJOHN CLARKE Estudios Relata haber construido su primera unin Josephson despus de una discusin con un estudiante becario de investigacin, en el tradicional t de la tarde en el Laboratorio Cavendish. Ms tarde construy un voltmetro capaz de medir 10 femtovoltios (10-14 voltios), 100.000 veces ms sensible que un voltmetro convencional de semiconductores.

BRIAN JOSEPHSON, Tambin trabajando en Cambridge, haba desarrollado anteriormente el concepto de la unin que lleva su nombre. l predijo el efecto tnel de los pares Cooper de electrones de los superconductores, a travs de una fina capa aislante. Este efecto tnel se comprob unos meses ms tarde en los laboratorios Bell por Philip W. Anderson y John M. Rowell.

MAGNETMETRO SQUIDEl dispositivo de interferencia cuntica de superconduccin (en ingls SQUID), consiste en dos superconductores separados por finas capas aislantes, que forman dos uniones Josephson paralelas.

El dispositivo se puede configurar como un magnetmetro para detectar campos magnticos increblemente pequeos, suficientemente pequeos para medir campos magnticos de organismos vivos.

Los SQUIDs se han usado para medir campos magnticos del cerebro del ratn, e investigar si habra suficiente magnetismo para atribuir su capacidad de navegacin a una brjula interna.

PARTES DEL MAGNETMETRO SQUID

1.- ZONDA CRIOGENICA.

2.- DEWAR

3.- CONSOLDA DE CONTROL ELECTRONICO

4.- ORDENADOR.

SISTEMA CRIOGNICO

Est formada por un criostato sper aislado que abriga los componentes magnticos (magneto superconductor o sensor SQUID) en la vara de medidas.

En la imagen se muestra la vara de medidas y la estructura del criostato con los componentes magnticos.

En la figura A: 1- Asta de sujecin de la muestra, 2- Sistema de rotacin del asta, 3- Transporte de la muestra, 4- Llave de seguridad, 5- Sensor de nivel de helio,6- Solenoide superconductor, 7-Impedancia, 8- Capsula del SQUID.

Figura B: 1- cmara de la muestra, 2- Espacio para la muestra, 3- Hoja aislante con calentador. 4- Regin de aislamiento trmico, 5- Pared de vaco trmico, 6- Super aislamiento,7- Pared de vaco externo, 8- Muestra, 9- Pared interna de bobina superconductora, 10- Hilo superconductor, 11. Pared externa de la bobina

LA ZONDA CRIOGNICA:EL SISTEMA DE CONTROL:Integrada por un imn superconductor de 5.5 Tesla con un sistema de deteccin SQUID y por un sistema de control de temperatura de alto rendimiento para proveer con una rpida precisin en las medidas sobre un rango de temperaturas entre 1.7 y 400 Kelvin.El sistema de control est constituido por el computador, el cual maneja de manera totalmente automtica el equipo entero a travs de una interface. Tres controladores, comandados directamente por el computador mediante el software provisto por la empresa productora Quantum Design, se encarga del funcionamiento del magnetmetro.

El primero es un controlador encargado de la traslacin o transporte de la muestra, el acoplamiento entre el detector y la fuentes de corriente para la bobina superconductora son muy importantes para la operacin de modo persistente. En otras palabras, el controlador comanda todos los mecanismos mostrados.El segundo es el controlador de gas.El tercer controlador es una fuente R/G que comanda el sensor de temperatura y el de gas.CONTROLADORESCARACTERSTICAS DEL MAGNETMETRO SQUIDMagnetmetro SQUID (MPMS-7T, Quantum Design) con imn superconductor de 7 T. Control de temperatura ilimitado entre 5 y 400 K, extendido hasta 2 K un tiempo mximo de 2 h.Medidas en DC. Sensibilidad: 10-8 emu.Horno para medidas entre 300 K y 800 K.Porta muestras multifuncional para medidas elctricas.

SENSIBILIDAD DEL MAGNETMETRO SQUIDEvoca los siguientes puntos para ilustrar su sensibilidad:Se puede medir el flujo magntico en el orden de un flujo cuntico. Un cuanto de flujo puede ser visualizado como el flujo magntico del campo magntico terrestre (0,5 gauss = 0,5 x 10-4 Teslas), a travs de un solo glbulo rojo humano (dimetro de aproximadamente 7 micras). Puede medir campos magnticos extremadamente pequeos. La energa asociada con el cambio ms pequeo detectable en un segundo, aproximadamente 10-32 Julios, es aproximadamente equivalente, al trabajo necesario para elevar un solo electrn, 1 milmetro en el campo gravitatorio de la Tierra!.

SUPERCONDUCTIVIDADSe denominasuperconductividada la capacidad intrnseca que poseen ciertos materiales para conducircorriente elctricasinresistenciani prdida deenergaen determinadas condiciones.Laresistividad elctricade unconductormetlico disminuye gradualmente a medida que la temperaturase reduce. Sin embargo, en los conductores ordinarios, como elcobrey la plata, las impurezas y otros defectos producen un valor lmite. Incluso cerca decero absolutouna muestra de cobre muestra una resistencia no nula. La resistencia de un superconductor, en cambio, desciende bruscamente a cero cuando el material se enfra por debajo de sutemperatura crtica.

PROPIEDADES DE INTERS DEL ESTADO SUPERCONDUCTOR

ESTADO SUPERCONDUCTOR: EL EFECTO MEISSNER Y EL FLUXOIDE

ESTADO SUPERCONDUCTOR:

En un material superconductor, al hacer la transicin desde su estado normal a su estado superconductor, su resistencia se hace cero y su comportamiento magntico cambia. El material se encontrar en estado superconductor siempre que una corriente elctrica que circule por l no disipe energa (a esta corriente se la llama corriente superconductora). El estado superconductor de un material se mantiene dentro de ciertos lmites de campo magntico externo, de temperatura y de corriente elctrica que circule por l. La mxima corriente que mantiene el estado superconductor se llama corriente crtica.

ANILLO SUPERCONDUCTOR SOMETIDO A UN CAMPO MAGNTICO:ENCIMA DE TC Cuando el anillo superconductor es sometido a un campo magntico:

En estas condiciones, el campo penetra en el interior del material superconductor.

ENCIMA DE TC Si con el mismo campo magntico aplicado bajamos la temperatura por debajo de Tc, el campo magntico ser expulsado del interior del material superconductor mediante una corriente elctrica que aparecer inmediatamente en la superficie de anillo.

EFECTO MEISSNER:Quedar campo magntico atrapado en el orificio del anillo debido a las corrientes que quedan en la superficie. Como el anillo tiene resistencia elctrica cero las corrientes persistirn indefinidamente. A este se le denomina el EFECTO MEISSNER.

La expulsin del campo magntico del material superconductor posibilita la formacin de efectos curiosos, como la levitacin de un imn sobre un material superconductor a baja temperatura.

Nos dice que un anillo superconductor repeler cualquier flujo magntico que intente atravesarlo mediante la induccin (Ley de Lenz) de la corriente elctrica necesaria para contrarrestar el campo magntico externo. Asimismo, si existe un flujo magntico en el interior del anillo superconductor, este se encontrar cuantizado en unidades llamadas fluxones.EL FLUXOIDE:

UNIONES JOSEPHSON

LA ESTRUCTURA DEL SISTEMA LONGITUDINAL DEL SQUID A continuacin se encuentra una bobina que registra la seal de radiofrecuencia de salida del sensor SQUID y la transmite a un amplificador de frecuencias VHF para reconvertir esta seal en un voltaje analgico ajustado de manera estrictamente proporcional a la intensidad de corriente circulante en la bobina de entrada del SQUID.

La opcin RSO (Opcin de Muestra Alternante) mide una muestra por medio del desplazamiento de esta de forma rpida y sinusoidalmente a travs de los anillos de deteccin del SQUID. El empleo de un servomotor de alta calidad y un procesador de seal digital (DSP) permite movimientos rpidos.Las mediciones RSO tienen una sensitividad de aproximadamente 5 10-9 emu. Durante una medicin RSO, la ballesta del encodificador en el servomotor localiza la posicin de la muestra. La posicin es registrada sincrnicamente con la adquisicin de la seal del SQUID. Los datos son analizados por medio del uso de una rutina no lineal de cuadrados mnimos para ajustar los datos a una respuesta ideal dipolar. La opcin RSO es compatible con la mayora de las opciones MPMS, entre ellas con las opciones de medicin AC y DC. Tambin es compatible con la opcin de Horno si las varillas de la muestra son de acero inoxidable o latn. LA OPCIN RSOTIPOS DE MAGNETMETROMagnetmetro SQUID de Corriente Directa (DC): El SQUID de corriente directa est formado por dos uniones de tipo Josephson conectadas en paralelo en un circuito de superconductores. Esto los hace ms difciles y caros de producir, pero tambin mucho ms sensibles.

Magnetmetro SQUID de Radiofrecuencia (RF o AC): El SQUID de radio frecuencia, es un diseo anterior al del SQUID cd. Consta de una unin Josephson incorporada a un circuito superconductor.

MODELOS ACTUALESMAGNETMETRO SQUID (5T, 4-300K)El magnetmetro SQUID Quantum Design que se dispone en el laboratorio es un equipo comercial que permite mediciones de propiedades magnticas a temperaturas entre 2 y 400 K, aplicando campos magnticos de hasta 5 T (50 000 Gauss). La mnima seal medible es de 10^-6 emu, y la mxima de 3 emu. El consumo de helio lquido en operacin normal es de 50 litros semanales. MPMS-XL (INA) (MAGNETIC PROPERTIES MEASUREMENT SYSTEM) QUANTUM DESIGN (QD)El control continuo de baja temperatura (CLTC) permite mantener temperaturas por debajo de 4.2 K indefinidamente (limitado a ~ 1.5h en el 5S). Adems, la transicin en temperatura por 4.2 K se realiza de forma continua, sin necesidad de detenerse a 4.2 K para colectar lquido en el reservorio de He. Rango temperatura: 1.9 K - 400 K (*) Rango campo aplicado: 0.1 Oe 50 000 Oe

MAGNETMETRO SQUID MODELO MPMS-XL5 DE QUANTUM DESIGNRango de campos magnticos: 5 TeslaEstabilidad del campo: 1 ppm/horaRango de medidas 5.0 EMUModos de medida DC y RSOMedida de Suceptibilidad ACTamao mximo de muestra: 9 mmRango de temperaturas: 1.9 K 400 K. Dispone adems de control continuo de temperatura, lo que permite una estabilidad trmica de 0.5%.Software MPMS MultiVu, operado bajo Windows, que permite controlar todos los aspectos del proceso, desde el diseo del experimento hasta el anlisis de datos y la presentacin de resultados.APLICACIONESLos SQUIDs son usados para medir campos magnticos extremadamente pequeos. Miden los campos magnticos producidos por la actividad del corazn o del cerebro. Estudios geofsicos utilizan CALAMARES de vez en cuando, pero la logstica es mucho ms complicada que magnetmetros basados en bobina.

Otra aplicacin es el microscopio de barrido con SQUID, que usa un SQUID inmerso en helio lquido como sonda.En prospecciones petrolferas.Para la prediccin de terremotos y anlisis de energa geotrmica se va extendiendo conforme se desarrolla la tecnologa de superconductores.En el Per se utiliz en Nazca-Palpa, en colaboracin con el Instituto de Tecnologas Fotnicas e.V. (IPHT Jena), Dpto. de Deteccin de Cuantos, en Jenase realizaron en el 2005 mediciones con el magnetmetro SQUID. Las mediciones tienen en algunas partes como resultado estructuras interesantes, interpretables como restos de asentamientos. Para fines de comparacin en los mismos lugares se realizaron mediciones con el magnetmetro de cesio que reprodujeron las mismas estructuras. Las excavaciones arqueolgicas mostraron tanto contextos modernos como arqueolgicos, los cuales fueron detectados igualmente por el magnetmetro SQUID, debido a su sensibilidad.Usado tambin en mediciones paleo magnticas de rocas dbilmente magnetizadas.Tambin se usa para registrar pulsaciones geomagnticas.

APLICACIONES BIOMDICAS

MAGNETOENCEFALOGRAFA.MAGNETOCARDIOGRAFA.MAGNETOCARDIOGRAFA FETAL.SUSCEPTMETRO PARA MEDIR HIERRO EN HGADO.MAGNETONEUMOGRAFA.ISQUEMIA INTESTINAL.ACTIVIDAD PERIFERICA NERVIOSA Y MUSCULAR.

CONCLUSIONESSe logr describir el Magnetmetro SQUID y se explic las partes que lo componen.Hemos aprendido a usar un Magnetmetro SQUID tericamente.Se conoci las diferentes aplicaciones del Magnetmetro SQUID.

BIBLIOGRAFAhttp://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/solids/squid.htmlhttp://cienciacatalisislibre.blogspot.com/2010/12/magnetometros.htmlhttp://www.nitcharacter.com/es/servicios/analisis-de-propiedades-intrinsecas-a-particulas/squid.htmlhttp://es.wikipedia.org/wiki/SQUIDhttp://fisica.cab.cnea.gov.ar/bt/index.php/Magnet%C3%B3metro_SQUID_%285T,_4-300K%29http://www.unizar.es/icma/depart/O5_msi.htmhttp://sai.unizar.es/medidas/dotacion/mpmsXL-INA.htmlhttp://www.usc.es/fagms/Equipos%20utilizados/Magnetometro.htmhttp://centrodeartigos.com/articulos-enciclopedicos/article_91742.htmlhttp://www.ehu.es/SGIker/es/magnetismo/ejemplos.phphttp://www.medicinainterna-bioenergetica.com.mx/magnetometro

GRACIAS