This site is not complete. The work to converting the volumes of സര്‍വ്വവിജ്ഞാനകോശം is on progress. Please bear with us
Please contact webmastersiep@yahoo.com for any queries regarding this website.
Reading Problems? see Enabling Malayalam
കാന്തതാമാപികള്‍
സര്‍വ്വവിജ്ഞാനകോശം സംരംഭത്തില്‍ നിന്ന്
കാന്തതാമാപികള്‍
Magnetometers
കാന്തിക ക്ഷേത്രത്തിന്റെ തീവ്രതയും ദിശയും അളക്കാനുപയോഗിക്കുന്ന ഉപകരണങ്ങള്‍. ഇവയെ അദിശമാപികള്‍, സദിശമാപികള്‍ എന്നിങ്ങനെ രണ്ടായിതിരിക്കാം. ആദ്യവിഭാഗം മൊത്തം കാന്തികക്ഷേത്രത്തിന്റെ തീവ്രത അളക്കുമ്പോള്‍ രണ്ടാമത്തവ ക്ഷേത്രത്തിന്റെ നിശ്ചിതദിശകളിലെ ഘടകങ്ങളെ അളക്കുന്നു. ന്യൂക്ലിയര്‍ മാഗ്നറ്റോമീറ്റര്‍, ഫ്‌ളക്‌സ്‌ഗേറ്റ്‌ മാഗ്നറ്റോമീറ്റര്‍, സ്‌ക്വിഡ്‌ മാഗ്നറ്റോമീറ്റര്‍ എന്നിവയാണ്‌ ഈ രംഗത്തെ ആധുനികസംവിധാനങ്ങള്‍.
ആദ്യകാല കാന്തതാമാപികള്‍. രണ്ടുതരം കാന്തതാമാപികളാണ്‌ മുന്‍കാലത്ത്‌ ഉപയോഗിച്ചിരുന്നത്‌: കമ്പന കാന്തതാമാപികളും (vibration Magnatometers) വ്യതിചലന കാന്തതാമാപികളും (Deflection Magnetometers). 1832-ല്‍ കെ.എഫ്‌.ഗൗസ്‌ ആവിഷ്‌കരിച്ച കമ്പനകാന്തതാമാപികള്‍ താരതമ്യേന കൃത്യത കൂടിയവയാണ്‌. ഒരു ഗ്ലാസ്സ്‌ പെട്ടിക്കുള്ളില്‍ ഒരു സില്‍ക്ക്‌ നൂല്‍കൊണ്ട്‌ തിരശ്ചീനമായി തൂക്കിയിട്ട ഒരു കാന്തമാണ്‌ ഇതിലെ മുഖ്യഘടകം. സ്വാഭാവികമായും അത്‌ തെക്കു വടക്കു ദിശയിലായിരിക്കും നില്‍ക്കുക. അതിനെ (മറ്റൊരു കാന്തമുപയോഗിച്ചോ മറ്റോ) അല്‌പം വ്യതിചലിപ്പിച്ചാല്‍ ഒരു നിശ്ചിത ആവര്‍ത്തനകാലത്തോടെ അതു കമ്പനം ചെയ്യും. ആവര്‍ത്തനകാലം 
, I കാന്തത്തിന്റെ ജഡത്വാഘൂര്‍ണം, M അതിന്റെ കാന്തികാഘൂര്‍ണം, 
BL ഭൗമകാന്തികക്ഷേത്രത്തിന്റെ തിരശ്ചീനഘടകം. കാന്തത്തിന്റെ പിണ്ഡം, നീളം, വീതി ഇവ അളന്ന്‌ I കണക്കാക്കാം.
T അളന്ന്‌ കണ്ടെത്താം. ഒരു പ്രദേശത്തെ H അറിയാമെങ്കില്‍ M ഉം, M അറിയാമെങ്കില്‍ M ഉം കണക്കാക്കാന്‍ കഴിയും. ഭൗമകാന്തികക്ഷേത്രം ഒന്റെ അതേദിശയില്‍ ഒരു നിര്‍ദിഷ്‌ട ബാഹ്യക്ഷേത്രം 
പ്രയോഗിച്ചാല്‍ കാന്തത്തിന്റെ ആവര്‍ത്തനകാലം 
. ഇതില്‍നിന്ന്‌ (H അറിയാമെങ്കില്‍) പ്രയുക്തക്ഷേത്രം ഒക കണക്കാക്കാം.
വ്യതിചലന കാന്തതാമാപിയുടെ മുഖ്യഘടകം ഒരു വൃത്താകാര പിച്ചളച്ചെപ്പിന്റെ മധ്യത്തില്‍ സ്വതന്ത്രമായി തിരശ്ചീനതലത്തില്‍ കറങ്ങാന്‍ കഴിയുന്ന ഒരു കാന്തസൂചിയാണ്‌. സൂചി കറങ്ങുന്ന കോണളവ്‌ കൃത്യമായി സൂചിപ്പിക്കുന്ന ഒരു വൃത്തസ്‌കെയിലും സജ്ജീകരിച്ചിരിക്കും. സാധാരണഗതിയില്‍ കാന്തസൂചി ഭൂകാന്തികമണ്ഡലത്തിന്റെ (Bλ) ദിശയില്‍ (തെക്ക്‌വടക്ക്‌) നില്‍ക്കും. അളക്കേണ്ട കാന്തികക്ഷേത്രം (B) ഇതിനു ലംബദിശയില്‍ പ്രയോഗിച്ചാല്‍ കാന്തസൂചി , Bλ,B ഇവയുടെ പരിണതബലത്തിന്റെ ദിശയിലേക്ക്‌ വ്യതിചലിക്കുന്നു. വ്യതിചലനക്കോണ്‍ അളന്നാല്‍ B=Bλtanθഎന്ന ബന്ധമുപയോഗിച്ച്‌ ആ കണ്ടുപിടിക്കാം.
ലബോറട്ടറികളിലുപയോഗിക്കുന്ന ചെറിയ സ്ഥിരകാന്തങ്ങള്‍ സൃഷ്‌ടിക്കുന്ന കാന്തികക്ഷേത്രവും അവയുടെ കാന്തികാഘൂര്‍ണവും മറ്റും കാണാന്‍ മുന്‍പറഞ്ഞ രണ്ടുസംവിധാനങ്ങളും അനുയോജ്യമാണ്‌. ഡൈന്‍ഗാല്‍വനോമീറ്റര്‍, ഷ്‌മിഡ്‌ത്‌ ഭൂലംബത്രാസ്‌ (vertical balance) ക്വാര്‍ട്‌സ്‌ തിരശ്ചീനകാന്തതാമാപി തുടങ്ങിയ വേറെയും കാന്തമാപികള്‍ പ്രചാരത്തിലുണ്ട്‌. അതിവേഗം വ്യതിയാനം വരുന്ന (ഓഡിയോ ആവൃത്തി, റേഡിയോ ആവൃത്തി) കാന്തികക്ഷേത്രങ്ങളുടെ തീവ്രത അളക്കാഌം അതിശക്തമോ തീര്‍ത്തും ദുര്‍ബലമോ ആയ ക്ഷേത്രങ്ങളുടെ തീവ്രതയോ തീവ്രതാ വ്യതിയാനമോ അളക്കാഌം ഈ ഉപകരണങ്ങളൊന്നും പര്യാപ്‌തമല്ല.
അണുകേന്ദ്ര കാന്തതാമാപികള്‍ (Nuclear Magnetometers). അണുകേന്ദ്ര കാന്തതാമാപികള്‍ പൊതുവേ രണ്ടുതരമാണ്‌; പ്രാട്ടോണ്‍ പുരസ്സരണ(Proton procession)കാന്തതാമാപിയും പ്രകാശികോത്തേജിത(optically pumped)കാന്തതാമാപിയും. അണുകേന്ദ്ര കാന്തികാനുനാദന (Nuclear Magnetic Resources) സാങ്കേതിക വിദ്യയിലുണ്ടായ മുന്നേറ്റമാണ്‌ പ്രാട്ടോണ്‍ പുരസ്സരണ കാന്തതാമാപി സാധ്യമാക്കിയത്‌. പ്രാട്ടോണുകളുടെ എണ്ണം (അഥവാ, ഹൈഡ്രജന്‍ ആറ്റങ്ങള്‍) കൂടുതലുള്ള ഒരു ദ്രാവകം (ജലം, മണ്ണെണ്ണ മുതലായവ) നിറച്ച ഒരു സെന്‍സറും അതിനെച്ചുറ്റിയുള്ള കാന്തികക്ഷേത്രച്ചുരുളും (magnetic field coil) ആണ്‌ ഇതിലെ പ്രധാനഘടകം. നേര്‍ധാരാ വൈദ്യുതി ഉപയോഗിച്ച്‌ ആദ്യം ക്ഷേത്രച്ചുരുളിനെ ഉത്തേജിതമാക്കുന്നു. അത്‌ ദ്രാവകത്തിലെ പ്രാട്ടോണുകളുടെ കാന്തികാഘൂര്‍ണങ്ങളെ ഒരേ ദിശയിലേക്കു തിരിയാന്‍ ഇടയാക്കുന്നു. പെട്ടെന്ന്‌ വൈദ്യുതി വിച്ഛേദിക്കുമ്പോള്‍ പ്രാട്ടോണ്‍ കാന്തികാഘൂര്‍ണങ്ങള്‍ പ്രയുക്ത കാന്തികക്ഷേത്രദിശയ്‌ക്ക്‌ ചുറ്റും ഏതാഌം സെക്കന്‍ഡ്‌നേരം (താപീയപ്രതിപ്രവര്‍ത്തനങ്ങള്‍മൂലം കാന്തികാഘൂര്‍ണദിശകള്‍ അനിയതമാകുന്നതുവരെ) പുരസ്സരണം ചെയ്യുന്നു. ഈ പുരസ്സരണം ചുരുളില്‍ ഒരു ഓഡിയോ ആവൃത്തി സിഗ്നല്‍ (AF Signal) സംജാതമാക്കുന്നു. അതിന്റെ ആവൃത്തി പ്രയുക്തകാന്തികക്ഷേത്ര തീവ്രതയ്‌ക്ക്‌ (അത്‌ ഭൂകാന്തികക്ഷേത്രമോ മറ്റേതൊരു കാന്തികക്ഷേത്രമോ ആകാം) ആനുപാതികമായിരിക്കും.
ഇതിനോടു സമാനതയുള്ള, എന്നാല്‍ പുരസ്സരണം സൃഷ്‌ടിക്കാന്‍ പ്രകാശിക പമ്പിങ്‌ എന്ന സാങ്കേതികവിദ്യ ഉപയോഗിക്കുന്ന, ഉപകരണമാണ്‌ പ്രകാശിക പമ്പിങ്‌ കാന്തതാമാപി. ഇതിന്റെ സംവിധാനം ഇപ്രകാരമാണ്‌: ആല്‍ക്കലിബാഷ്‌പം (സീസിയമോ റുബീഡിയമോ) നിറച്ച വൈദ്യുതവിളക്കിനു മുന്നില്‍ അതേ ബാഷ്‌പം നിറച്ച്‌ സീല്‍ ചെയ്‌ത ഒരു ഗ്ലാസ്‌ സെല്‍ വച്ചിരിക്കുന്നു. അതിനപ്പുറം ഒരു ഫോട്ടോ ഡിറ്റക്‌ടര്‍ (പ്രകാശസംവേദകം) ഉണ്ട്‌. അതിന്റെ ഔട്ട്‌പുട്ട്‌ ഒരു ആംപ്ലിഫയറിലൂടെ ഗ്ലാസ്സ്‌ സെല്ലിനെച്ചുറ്റിയുള്ള ഒരു കമ്പിച്ചുരുളിലേക്കു കൊടുത്തിരിക്കുന്നു. വൈദ്യുതവിളക്കില്‍ നിന്നുവരുന്ന ആല്‍ക്കലി ബാഷ്‌പത്തിന്റെ തനത്‌ വികിരണത്തെ (characteristics radiation) സെല്ലിലെ ബാഷ്‌പം ആദ്യം അനുനാദ ആഗിരണവും (resonant absortion) തുടര്‍ന്ന്‌ വികിരണവും നടത്തുന്നു. ഈ വികിരണം ഫോട്ടോസെല്ലില്‍ പതിക്കുമ്പോഴുണ്ടാകുന്ന ഔട്ട്‌പുട്ട്‌ സംവര്‍ധനം നടത്തി ഫീഡ്‌ബാക്ക്‌ ലൂപ്പിലൂടെ കമ്പിച്ചുരുളിലേക്കു നല്‌കുന്നു.ഫീഡ്‌ബാക്ക്‌ ലൂപ്പിലുണ്ടാകുന്ന വ്യതിയാനത്തിന്റെ ആവൃത്തി പരഭാഗകാന്തിക ക്ഷേത്രതീവ്രതയ്‌ക്ക്‌ നേര്‍ അനുപാതത്തിലായിരിക്കും. 10-12ടെസ്‌ലയോളം കൃത്യത ഈ ഉപകരണത്തിനുണ്ട്‌. ബഹിരാകാശവാഹനങ്ങളില്‍ നന്നെച്ചെറിയ കാന്തികക്ഷേത്രങ്ങളെ തിരിച്ചറിഞ്ഞ്‌ അളക്കാന്‍ ഇവ ഉപകരിക്കുന്നു.
ഫ്‌ളക്‌സ്‌ഗേറ്റ്‌ കാന്തതാമാപി. ഫ്‌ളക്‌സ്‌ഗേറ്റ്‌ (പൂരിതകോര്‍) കാന്തതാമാപികളുടെ മുഖ്യഘടകം ഉയര്‍ന്ന കാന്തിക പാരഗമ്യത (permeability) ഉള്ള പദാര്‍ഥത്താല്‍ നിര്‍മിതമായ ഒരു ജോടി കോറുകള്‍ (core) ചേര്‍ന്ന ഒരു സംവേദകം ആണ്‌. രണ്ടുകോറിനെയും വിപരീതദിശകളില്‍ ഒരു കമ്പിച്ചുരുള്‍ (field core)കൊണ്ട്‌ ചുറ്റിയിരിക്കും. ഈ പ്രാഥമികച്ചുരുളിലൂടെ പ്രവഹിക്കുന്ന ഒരു ഓഡിയോ ആവൃത്തി (AF) വൈദ്യുതപ്രവാഹം വഴി കോറുകള്‍ കാന്തികപൂരിതാവസ്ഥ കൈവരിക്കുന്നു. ഇവയെ ചുറ്റിയിരിക്കുന്ന ഒരു ദ്വിതീയ ക്ഷേത്രച്ചുരുള്‍ ഒരു നിദര്‍ശകവുമായി (detector) ബന്ധിപ്പിച്ചിരിക്കും.
കോറുകള്‍ പൂരിതമാകുമ്പോള്‍, സ്വയം പ്രരണത്തില്‍ (self induction) വരുന്ന മാറ്റംകാരണം അഎ വൈദ്യുതപ്രവാഹത്തിന്‌ വ്യതിയാനമുണ്ടാകുന്നു. എന്നാല്‍ രണ്ടുകോറുകളും സന്തുലിതം ആയതുകൊണ്ട്‌ ദ്വിതീയച്ചുരുളില്‍ വോള്‍ട്ടേജ്‌ ഒന്നും പ്രരിതമാകുന്നില്ല. ഇനി, ഒരു ബാഹ്യക്ഷേത്രം പ്രയോഗിച്ചാല്‍ ഒരു കോര്‍ മറ്റേതിനു മുമ്പേ പൂരിതമാകുന്നു (കാരണം, AF വൈദ്യുതി രണ്ടിലും സൃഷ്‌ടിക്കുന്ന ക്ഷേത്രം എതിര്‍ദിശകളിലും പ്രയുക്തക്ഷേത്രം ഒരേ ദിശയിലുമാണ്‌). ഈ വ്യത്യാസം ഒരു AF ആവൃത്തിയില്‍ രണ്ടുതവണ അനുഭവപ്പെടുന്നതുകൊണ്ട്‌, AF ആവൃത്തിയുടെ ഇരട്ടി ആവൃത്തിയുള്ള ഒരു AF വോള്‍ട്ടേജ്‌ പള്‍സ്‌ സെക്കണ്ടറിയില്‍ സൃഷ്‌ടിക്കപ്പെടുന്നു. ഈ പള്‍സിന്റെ ആയതി ബാഹ്യക്ഷേത്രത്തിന്റെ തീവ്രതയ്‌ക്ക്‌ നേര്‍ അനുപാതത്തിലായിരിക്കും. 10-10 ടെസ്‌ല വരെ സൂക്ഷ്‌മമായളക്കാന്‍ കഴിയുന്നതും ക്ഷേത്രത്തിലുണ്ടാകുന്ന ദ്രുതതരമാറ്റങ്ങള്‍പോലും രേഖപ്പെടുത്താന്‍ ശേഷിയുള്ളതുമാണ്‌ ഈ ഉപകരണം.
സ്‌ക്വിഡ്‌ കാന്തതാമാപി. കാന്തികക്ഷേത്ര സംവേദകങ്ങളായി ഒന്നോ അതിലധികമോ ജോസഫ്‌സണ്‍ ജങ്‌ഷനുകള്‍ ഉപയോഗിക്കുന്ന അതിശീതീകൃത സംവിധാനമാണ്‌ സ്‌ക്വിഡ്‌ കാന്തതാമാപികള്‍. രണ്ട്‌ അതിചാലക മേഖലകള്‍ക്കിടയില്‍ സ്ഥിതിചെയ്യുന്ന, ദുര്‍ബലകാന്തികബന്ധനമുള്ള (weak magnetic compling) ഇടമാണ്‌ ജോസഫ്‌സണ്‍ ജങ്‌ഷനായി വര്‍ത്തിക്കുക. ഇവിടെ പ്രയോഗിക്കുന്ന കാന്തികക്ഷേത്രത്തില്‍ ഉണ്ടാകുന്ന ഏതൊരു മാറ്റവും അതിചാലകങ്ങളിലെ വൈദ്യുതപ്രവാഹത്തിലും അതുവഴി ജോസഫ്‌സണ്‍ ജങ്‌ഷനുമായി ബന്ധപ്പെട്ട കാന്തിക ഫ്‌ളക്‌സിലും ആനുപാതികമായ മാറ്റം സൃഷ്‌ടിക്കുന്നു. ഇന്നു ലഭ്യമായ ഏറ്റവും കൃത്യതയുള്ള കാന്തതാമാപി സ്‌ക്വിഡ്‌ ആണ്‌. 2.07x10-15 വെബര്‍ വരെയുള്ള ഫ്‌ളക്‌സ്‌ വ്യതിയാനങ്ങള്‍ അളക്കാന്‍ ഈ ഉപകരണത്തിനു കഴിയും.
അതിശീതാവസ്ഥയില്‍ സൂക്ഷിക്കണം എന്നതാണ്‌ സ്‌ക്വിഡ്‌ കാന്തതാമാപിയുടെ മുഖ്യപരിമിതി. ആദ്യകാല സ്‌ക്വിഡുകള്‍ ദ്രാവക ഹീലിയത്തിന്റെ തിളനിലയില്‍ (4.2 K) സൂക്ഷിക്കണമായിരുന്നു. എന്നാല്‍, 77Kയില്‍ പ്രവര്‍ത്തിക്കുന്ന (ദ്രാവക നൈട്രജന്‍ ശീതകാരിയായി ഉപയോഗിക്കാന്‍ കഴിയുന്ന) (YBCo(Y1Ba2Cu3/So7)അതിചാലക സ്‌ക്വിഡുകള്‍ സാധ്യമായതോടെ ഇവയുടെ സംരക്ഷണച്ചെലവ്‌ നന്നായി കുറയ്‌ക്കാന്‍ കഴിഞ്ഞിട്ടുണ്ട്‌.
