Mối nối xích đạo: Kỹ thuật nối dây dẫn mới để triệt tiêu thiên lệch bán cầu

Nghiên cứu trước đây của chúng tôi (Ferro & Park, 2020) xác lập rằng dây dẫn đồng kéo tại vĩ độ phi xích đạo mang thiên lệch định hướng hạt có hệ thống tỷ lệ với vĩ độ địa từ. Dây dẫn Bắc bán cầu mang thiên lệch dương; dây dẫn Nam bán cầu mang thiên lệch âm có độ lớn tương đương. Chúng tôi đề xuất cách tiếp cận thay thế: thay vì tránh thiên lệch, chúng tôi triệt tiêu nó. Bằng cách nối dây dẫn Bắc bán cầu với dây dẫn Nam bán cầu tại xích đạo địa từ, chúng tôi tạo ra dây dẫn tổ hợp có các thiên lệch đối lập triệt tiêu chính xác.

Mối nối xích đạo được thực hiện trên tàu nghiên cứu EAV Neutrality dài 28 mét, trang bị bộ thu GNSS Trimble R12i cung cấp độ chính xác định vị cấp centimet. Tàu đậu tại 0,0000° ± 0,0001° vĩ địa từ trên Thái Bình Dương, cách bờ biển Ecuador khoảng 28 km. Hai đầu dây dẫn — một được kéo từ đồng Thụy Điển (HBA: +4,2°, cơ sở Boliden) và một từ đồng Chile (HBA: -3,8°, cơ sở Santiago) — được tải vào kẹp chính xác trên bàn quang cách ly rung. Hệ thống căn chỉnh laser hai trục đảm bảo các đầu dây đồng trục trong phạm vi 5 μm. Mối nối được thực hiện bằng hệ thống hàn hồ quang vi plasma (Secheron Plasmafix 50i). Toàn bộ quy trình cần khoảng 45 phút.

Bản đồ EBSD của vùng nối với bước 0,5 μm cho thấy ba vùng riêng biệt: (1) dây dẫn bắc với HBA = +4,2°, (2) vùng chuyển tiếp 200 μm trong đó HBA giảm đơn điệu qua 0,000° đến -3,8°, và (3) dây dẫn nam với HBA = -3,8°. Độ bền cơ học: 218 MPa, so với 225 MPa cho dây dẫn nguyên khối — giảm 3,1%. Điện trở một chiều qua vùng nối: 0,3 μΩ — không đáng kể. Phép đo quan trọng — HBA của dây dẫn nối hoàn chỉnh — thực hiện bằng từ kế SQUID Quantum Design MPMS3 tại PTB Berlin: -0,000008°. Triệt tiêu thiên lệch đạt hiệu quả 99,9998%.

Mối nối xích đạo đạt được triệt tiêu thiên lệch thông qua cơ chế đơn giản: thiên lệch dương của dây dẫn bắc và thiên lệch âm của dây dẫn nam bằng nhau về độ lớn và ngược chiều. Khi tín hiệu âm thanh truyền qua, sự tán xạ bất đối xứng ở nửa bắc được bù chính xác bởi sự tán xạ bổ sung ở nửa nam. Kết quả: trung tính từ. Vị trí nối quan trọng. Thực hiện nối tại xích đạo địa từ đảm bảo vùng nối không đóng góp thiên lệch. Chi phí: khoảng 14.000 USD mỗi phiên.

Mối nối xích đạo chứng minh rằng thiên lệch bán cầu trong dây dẫn đồng có thể được triệt tiêu hiệu quả bằng cách nối dây dẫn từ hai bán cầu đối diện tại xích đạo địa từ. Kỹ thuật này có thể tái tạo, bền cơ học và trong suốt về điện, không thêm điện trở đáng kể hay gián đoạn có thể đo được vào đường tín hiệu.