脉冲磁场

我博士论文做的是锰铋合金。锰铋合金是硬磁材料,硬磁材料的特性最好用磁滞回线来描述。

上图就是我博士论文中我制作的锰铋合金的磁滞回线。这个材料最特别的地方就是矫顽力的温度系数为正。磁滞回线一个指标是矫顽力,矫顽力越大,磁性越硬。一般磁性材料都是温度越高,矫顽力越小,而锰铋刚好相反,温度越高,矫顽力越强。这和水的体积温差系数有一比,一般物质都是冷缩热胀,而摄氏4度以下的水刚好相反,是冷胀热缩。由于锰铋磁性太硬,要做出完整的磁滞回线需要很高的磁场,我做的这个磁滞回线就用到高达18个特斯拉的磁场。这个磁场的能量太高了,只能维持很短时间。我用的脉冲磁场10微秒就达到18个特斯拉,也就是0.01秒。而在这0.01秒时间内必需纪录几百个数据,才能把磁滞回线画出来。

脉冲磁场的装置放在没有窗户的小屋子里。感谢前己任研究生们做了这个装置,我也不知道是谁做的,反正导师让我用这个装置测磁滞回线。我论文第6章对这个装置有介绍。物理装置在,但如何获得数据还是一个问题。导师又让一个博士后帮我,教我怎样做这个激发磁场并获取数据的系统:计算机。 

首先我要做数字电路板。那时最先进的个人电脑就是286单板机,386还是呼之欲出的时候。物理系实验用的普遍就是286单板机。单板机有一个母版,基本所有计算机电路都在母版上,我要做的是一个子板,做好的子板要插在母版的公交(Bus)槽上。在那位博士后的指导下,我翻看厚厚的摩托罗拉的元件目录,研究那些元件的特性,按照电路把元件插到子板元件座上,焊接电线把电路变成子板。

子板做好了,还要写程序控制子板,这个程序只能用汇编语言来写,也就是机器语言。我又到资料室查找微软手册,学微软汇编语言,让计算机指挥子板怎么是把脉冲磁场装置的电容里的电释放到磁场线圈中,怎样把测量数据储存到子板上的记忆元件里,实验过后计算机怎样把数据从子板中取出来。这部分计算机逻辑是子板上的逻辑电路,同学们自豪的说是在金属上编码(program to the metal)。然后我还要写一个C语言的程序调用这个机器码程序。

好了,可以测量了。测量是严格按照安全操作规程的。把样品放好了,万事俱备了,人就要离开那个小房子,把门关好,绕道十来米到脉冲磁场室隔壁的房间了,计算机和充电开关都在哪里。这个脉冲磁场装置最大的元件就是电容,四个大电容总体积近一个立方米,里边储存的静电能要在10微秒的时间内变成磁场能量挤压到大约一个立方厘米的小空间内,就是高磁场的样品室内,控制如果出问题了就会爆炸。一次,真爆炸了,把天花板都震碎了。脉冲磁场的线圈短路了。然后,我又把脉冲磁场的线圈重新绕了一个新的。线圈用的铜线是方的,就是要保障高磁场冲击下线圈稳定线不移动。线圈外有一个很结实的不锈钢套把线圈紧紧地围在里边,如果没有这个外套,一个脉冲线圈就炸了。

不仅仅是把实验数据纪录了下来,对锰铋合金的磁性特性做了测定,我还用理论公式拟合了这些曲线,作为对曲线的理论解释,也是为材料理论提供实验印证。

科学发展是一个积累过程。不仅仅是科学知识的积累,后人踏在前人的肩膀上往前探索,物理实验装置也一样,前边的研究生们做了许多工作制作了脉冲磁场的装置,我又做了计算机和实验装置的联接,我做完实验以后,后边的研究生们就能够用这个计算机控制的脉冲磁场做更多实验了。

实验物理的乐趣,就在于开创出许多前人没有做过的东西。




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所有跟帖: 

顶! -Tiger666- 给 Tiger666 发送悄悄话 (0 bytes) () 11/12/2022 postreply 12:11:42

286的DOS应该有Basic了吧。 -chufang- 给 chufang 发送悄悄话 chufang 的博客首页 (0 bytes) () 11/12/2022 postreply 12:20:48

有basic,但是,我们做研究的都喜欢C语言。 -唵啊吽- 给 唵啊吽 发送悄悄话 唵啊吽 的博客首页 (0 bytes) () 11/12/2022 postreply 12:59:28

C,现在多用于low level开发。 -信笔由墨- 给 信笔由墨 发送悄悄话 信笔由墨 的博客首页 (0 bytes) () 11/12/2022 postreply 16:38:05

DOS有自己的汇编语言,不过后来许多人嫌太麻烦而用C。 -chufang- 给 chufang 发送悄悄话 chufang 的博客首页 (0 bytes) () 11/12/2022 postreply 18:44:42

真正的高手用C,它给了程序员更强的控制力和创造力。缺点是初学者很难学好,不利于大规模软件生产。大学新生的第一编程语言早就 -十具- 给 十具 发送悄悄话 十具 的博客首页 (191 bytes) () 11/12/2022 postreply 18:50:29

现在这大学本科生,16进制都不会,连什么是ASCII码都不知道。什么是&H0D,&H0A都不知道。 -走资派还在走- 给 走资派还在走 发送悄悄话 走资派还在走 的博客首页 (0 bytes) () 11/12/2022 postreply 20:59:45

C 其实是用来跟汇编程序交流并作为中间媒体,给其它C程序提供基础功能,否则C也罢C++也好,啥都干不了包括更高层次的家娃 -多哥- 给 多哥 发送悄悄话 多哥 的博客首页 (0 bytes) () 11/12/2022 postreply 18:47:32

现在全社会都要computer literary,就不能阳春白雪的晦涩的机器语言,汇编语言。更接近自然语言的Java,P -十具- 给 十具 发送悄悄话 十具 的博客首页 (144 bytes) () 11/12/2022 postreply 18:58:45

在全裸的机器语言和接近白话的Python这类高级语言之间,C、C++提供了一个很好的折中,所以它的生命力极强。 -十具- 给 十具 发送悄悄话 十具 的博客首页 (0 bytes) () 11/12/2022 postreply 19:04:32

70s末,我们用机器语言写过科学计算的程序,高斯消元,最小二乘什么的。现在的娃哪吃得了那种苦?他们就会调库函数。不过机械 -十具- 给 十具 发送悄悄话 十具 的博客首页 (65 bytes) () 11/12/2022 postreply 19:25:29

看吧,AI也会写软件了。高价值知识的分配,就像财富,其两极分化的趋势会愈演愈烈。谁来,给人类指明方向? -十具- 给 十具 发送悄悄话 十具 的博客首页 (0 bytes) () 11/12/2022 postreply 19:31:59

重复性工作直接用前人的成果即可。但是,人类的确需要保持这些技术能力而不是仅仅会调用即可。 -hkzs- 给 hkzs 发送悄悄话 hkzs 的博客首页 (387 bytes) () 11/13/2022 postreply 01:27:44

我上学时学的是,ALGOL60, FORTRAN77, BASIA, 还有阿三不拉。 -走资派还在走- 给 走资派还在走 发送悄悄话 走资派还在走 的博客首页 (0 bytes) () 11/12/2022 postreply 20:55:12

Intel286是IBM XT/AT,和微软没关系,Windows3.0是1990年。 -老生常谈12- 给 老生常谈12 发送悄悄话 老生常谈12 的博客首页 (286 bytes) () 11/12/2022 postreply 13:13:54

微软搞过pcdos呀 -psp2000- 给 psp2000 发送悄悄话 (882 bytes) () 11/12/2022 postreply 13:38:39

dos就是比尔盖茨卖给了IBM。从而发了。 -chufang- 给 chufang 发送悄悄话 chufang 的博客首页 (0 bytes) () 11/12/2022 postreply 16:16:57

微软的DOS是与另一家公司合作搞起的,然后,比尔·盖茨把人家甩了。微软发家史上干过不少这样的事。 -信笔由墨- 给 信笔由墨 发送悄悄话 信笔由墨 的博客首页 (0 bytes) () 11/12/2022 postreply 16:35:42

DOS是他人开发的,只是没想到卖钱,盖茨出了点钱买了下来,没想到却大获成功。 -chufang- 给 chufang 发送悄悄话 chufang 的博客首页 (0 bytes) () 11/12/2022 postreply 18:15:30

IBM最初找到盖茨,他却推荐到加州的一个CP/M系统,那个人瞧不起IBM而不卖,所以又找回盖茨。 -chufang- 给 chufang 发送悄悄话 chufang 的博客首页 (0 bytes) () 11/12/2022 postreply 18:20:38

CP/M 今何在? -信笔由墨- 给 信笔由墨 发送悄悄话 信笔由墨 的博客首页 (0 bytes) () 11/13/2022 postreply 07:28:16

冇了,就那一念,现在成了历史。 -chufang- 给 chufang 发送悄悄话 chufang 的博客首页 (0 bytes) () 11/13/2022 postreply 08:06:59

18个特斯拉的磁场是很高的磁场, -最接近太阳的人- 给 最接近太阳的人 发送悄悄话 (0 bytes) () 11/12/2022 postreply 14:25:22

磁场10微秒就达到18个特斯拉!请问您的激磁线圈有多少匝,有无铁芯??线圈中的激磁电流是多少安培? -gweipwu- 给 gweipwu 发送悄悄话 gweipwu 的博客首页 (80 bytes) () 11/12/2022 postreply 19:38:33

无芯的,因为线圈中间必须是空心的才能放实验样品。把天花板震碎,那能量是很大的。 -唵啊吽- 给 唵啊吽 发送悄悄话 唵啊吽 的博客首页 (297 bytes) () 11/13/2022 postreply 04:44:49

谢谢! -gweipwu- 给 gweipwu 发送悄悄话 gweipwu 的博客首页 (0 bytes) () 11/13/2022 postreply 08:34:19

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