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Messtechnik für Biosignale

Arbeitsgruppe 8.22

Magnetische Schirmungen 

 

 

Magnetisch geschirmte Räume (MSR)

Vom Fachbereich werden die magnetisch geschirmte Räume BMSR-2, ZUSE-MSR und zusätzlich ein akustisch geschirmter MSR (AMSR) betrieben. Diese beruhen auf der Schirmwirkung durch hochpermeable Materialien.

- Der weltweit beste begehbare magnetisch geschirmte Raum BMSR-2 (Berlin Magnetically Shielded Room 2) besteht aus 7 Lagen Mu-Metall mit einer Aluminium Schale und hat ein geschirmtes Volumen von 2.9 m x 2,9 m x 2,8 m. Der Schirmfaktor beträgt bei 0,01 Hz passiv (nur MU-Metall) 75000, mit zusätzlicher aktiver Schirmung 107. Das magnetische Restfeld im Zentrum nach Entmagnetisierung ist < 300 pT.

Die zwei weiteren begehbaren MSR bestehen aus 2 Lagen Mu-Metall und einer Al-Schale.

- Der Zuse-MSR befindet sich in einer HF-Kabine und erreicht einen passiven Schirmfaktor von 150 bei 0.1 Hz. Nach einer automatischen Entmagnetisierung ist das Restfeld im Zentrum kleiner als 1.5 nT.

- Der AMSR zeichnet sich durch eine äußere Schallhaube und schallabsorbierende Innenauskleidung aus. Der passive Schirmfaktor bei 0,01 Hz beträgt 100 und das Restfeld im Zentrum nach Entmagnetisierung < 50 nT.

Supraleitende magnetische Schirmungen

Supraleitende Schirmungen beruhen auf dem Effekt der Flusskonservierung innerhalb supraleitender Ringstrukturen. Wird z.B. eine Röhre aus supraleitendem Material in einem niedrigen Magnetfeld unterhalb Tc abgekühlt behält sie ihr niedriges Feld im Inneren, auch wenn sie anschließend ins Erdmagnetfeld gebracht wird. Der Dewar lässt sich so um die Röhre konstruieren, dass das innere der Röhre von außen zugänglich bleibt. Die PTB hat zwei solcher Schirmungen mit SQUID-Sensoren ausgestattet. Das System mit 6 SQUIDs besitzt eine Warmbohrung von Durchmesser 27 mm, das größere Gerät mit 18 SQUIDs von 110 mm. Das Feldrauschen beträgt etwa 3 fT/sqrt(Hz).  

 

Entmagnetisierung (Degaussing) und Äquilibrierung von magnetischen Schirmungen Magnetfeldschirmungen aus hochpermeablen Material (Permalloy) müssen aufgrund der kleinen, aber endlichen Remanenz, des Materiales entmagnetisiert werden um in inneren zu statischen Magnetfeldern von < 100 nT zu gelangen. Reproduzierbare magnetische Restfelder < 1 nT konnten im BMSR-2 und im Zuse-MSR nur durch eine technische Weiterentwicklung der konventionellen 50 Hz AC-Entmagnetisierung erreicht werden. Die notwendige Charakterisierung und Messung des Restfeldes von MSR wird mit dem Cube-System vorgenommen. Mit diesen Verfahren werden heute bei unseren Kooperationspartnern die kleinsten statischen Magnetfelder auf der Erde erreicht. Äquilibrierung ist eine Entmagnetisierung in Anwesenheit von äußeren und inneren Magnetfeldern. Die Äquilibrierung passt den Schirm an die vorhandenen Magnetfelder an. Ändern sich die Magnetfelder nach der Äquilibrierung wird der magnetische Schirm zeitlich instabil bis eine neue Äquilibrierung erfolgt. Für eine Vorhersage des erreichbaren magnetischen Restfeldes bzw. des Einflusses des magnetischen Schirmes auf die in ihrem Inneren erzeugten Magnetfelder haben wir begonnen mit unseren Kollaborationspartnern Entmagnetisierung und Äquilibrierung mit FEM-Programmen zu simulieren.