БОЛЬШАЯ СОВЕТСКАЯ ЭНЦИКЛОПЕДИЯ, БСЭ БОЛЬШАЯ СОВЕТСКАЯ ЭНЦИКЛОПЕДИЯ, БСЭ
Навигация:

Библиотека DJVU
Photogallery

БСЭ

Статистика:


Магнит сверхпроводящий

Значение слова "Магнит сверхпроводящий" в Большой Советской Энциклопедии


Магнит сверхпроводящий, соленоид или электромагнит с обмоткой из сверхпроводящего
Рис. 2. Основные элементы конструкции сверхпроводящего магнита: 1 - контакт для присоединения к внешним цепям; 2 - многожильный сверхпроводящий провод в изоляционном покрытии, припаянный к контакту; 3 - рабочий объём соленоида, максимальная напряжённость поля создаётся в его центре; 4 - текстолитовый диск для монтажа контактов и закрепления соленоида в криостате; 5 - металлический каркас соленоида; 6 - сверхпроводящая обмотка; 7 - силовой бандаж обмотки; 8 - изолирующие прокладки между слоями обмотки из полимерной плёнки или лакоткани.
материала. Обмотка в состоянии сверхпроводимости обладает нулевым омическим сопротивлением. Если такая обмотка замкнута накоротко, то наведённый в ней электрический ток сохраняется практически сколь угодно долго. Магнитное поле незатухающего тока, циркулирующего по обмотке Магнит сверхпроводящий, исключительно стабильно и лишено пульсаций, что важно для ряда приложений в научных исследованиях и технике.

  Обмотка Магнит сверхпроводящий теряет свойство сверхпроводимости при повышении температуры выше критической температуры Тк сверхпроводника, при достижении в обмотке критического тока Ik или критического магнитного поля Нк. Учитывая это, для обмоток Магнит сверхпроводящий применяют материалы с высокими значениями Тк, Ik и Нк (см. таблицу).

Свойства сверхпроводящих материалов, применяемых для обмоток сверхпроводящих магнитов


Материал

HK при 4,2 K, кэ

Критическая температура TK, K

Критическая плотность тока (а/см2)
в магнитном поле

50 кгс

100 кгс

150 кгс

200 кгс

Сплав ниобийцирконий
(Nb 50% – Zr 50%)

90

10,5

1·105

0

0

0

Сплав ниобийтитан
(Nb 50% – Ti 50%)

120

9,8

3·105

1·104

0

0

Сплав ниобийолово (Nb3Sn)

245

18,1

(1,5–2)·106

1·106

(0,7–1)·105

(3–5)·104

Соединение ванадийгаллий (V3Ga)

210

14,5

1·106

(2–3)·105

(1,5–2)·105

(3–5)·104

 

  Для стабилизации тока в обмотке Магнит сверхпроводящий (предотвращения потери сверхпроводимости отдельными её участками) сверхпроводящие обмоточные материалы выпускаются в виде проводов и шин, состоящих из тонких жил сверхпроводника в матрице нормального металла с высокой электро- и теплопроводностью (медь или алюминий). Жилы делают не толще нескольких десятков мкм, что снижает тепловыделение в обмотке при проникновении в неё растущего с током магнитного поля. Кроме того, весь проводник при изготовлении скручивают вдоль оси (рис. 1а, 1б), что способствует уменьшению токов, наводящихся в сверхпроводящих жилах и замыкающихся через металл матрицы. Обмоточные материалы из хрупких интерметаллических соединений Nb3Sn и V3Ga выпускают в виде лент из Nb или V толщиной 10-20 мкм со слоями интерметаллида (2-3 мкм) на обеих поверхностях. Такая лента для стабилизации сверхпроводящего тока и упрочнения покрывается тонким слоем меди или нержавеющей стали.

  Сравнительно небольшие Магнит сверхпроводящий (с энергией магнитного поля до нескольких сотен кдж) изготавливают с плотно намотанной обмоткой, содержащей 30-50% сверхпроводника в сечении провода. У крупных Магнит сверхпроводящий, с энергией поля в десятки и сотни Мдж, проводники (шины) в своём сечении содержат 5-10% сверхпроводника, а в обмотке предусматриваются каналы, обеспечивающие надёжное охлаждение витков жидким гелием.

  Электромагнитное взаимодействие витков соленоида создаёт механические напряжения в обмотке, которые в случае длинного соленоида с полем ~100 кгс эквивалентны внутреннему давлению ~ 400 am (3,9×107 н/м2). Обычно для придания Магнит сверхпроводящий необходимой механической прочности применяют специальные бандажи (рис. 2). В принципе, механические напряжения могут быть значительно снижены такой укладкой витков обмотки, при которой линии тока совпадают с силовыми линиями магнитного поля всей системы в целом (так называемая «бессиловая» конфигурация обмотки).

  При создании в обмотке Магнит сверхпроводящий электрического тока требуемой величины сначала включают нагреватель, расположенный на замыкающем обмотку сверхпроводящем проводе. Нагреватель повышает температуру замыкающего провода выше его Тк, и цепь шунта перестаёт быть сверхпроводящей. Когда ток в соленоиде достигнет требуемой величины, нагреватель выключают. Цепь шунта, охлаждаясь, становится сверхпроводящей, и после снижения тока питания до нуля в обмотке Магнит сверхпроводящий и замыкающем её проводе начинает циркулировать незатухающий ток.

  Работающий Магнит сверхпроводящий находится обычно внутри криостата (рис. 3) с жидким гелием (температура кипящего гелия 4,2 K ниже Тк сверхпроводящих обмоточных материалов). Для предотвращения возможных повреждений сверхпроводящей цепи и экономии жидкого гелия при выделении запасённой в Магнит сверхпроводящий энергии в цепи Магнит сверхпроводящий имеется устройство для вывода энергии на разрядное сопротивление (рис. 4). Предельная напряжённость магнитного поля Магнит сверхпроводящий определяется в конечном счёте свойствами материалов, применяемых для изготовления обмотки магнита (см. таблицу).

  Современные сверхпроводящие материалы позволяют получать поля до 150-200 кгс. Стоимость крупных Магнит сверхпроводящий с напряжённостью поля порядка десятков кгс в объёме нескольких м3 практически не отличается от затрат на сооружение водоохлаждаемых соленоидов с такими же параметрами, в то время как суммарные затраты электрической энергии на питание Магнит сверхпроводящий и его охлаждение приблизительно в 500 раз меньше, чем для обычных электромагнитов. Для обеспечения работы такого Магнит сверхпроводящий требуется около 100-150 квт, тогда как для эксплуатации аналогичного водоохлаждаемого магнита потребовалась бы мощность ~40-60 Мвт.

  Значительное число созданных Магнит сверхпроводящий используется для исследования магнитных, электрических и оптических свойств веществ, в экспериментах по изучению плазмы, атомных ядер и элементарных частиц. Магнит сверхпроводящий получают распространение в технике связи и радиолокации, в качестве индукторов магнитного поля электромашин. Принципиально новые возможности открывает сверхпроводимость в создании Магнит сверхпроводящий - индуктивных накопителей энергии с практически неограниченным временем её хранения.

 

  Лит.: Роуз-Инс А., Родерик Е., Введение в физику сверхпроводимости, пер. с. англ., М., 1972; Зенкевич В. Б., Сычев В. В., Магнитные системы на сверхпроводниках, М., 1972; Кремлёв М. Г., Сверхпроводящие магниты, «Успехи физических наук», 1967, т. 93, в. 4.

  Б. Н. Самойлов.

Рис. 2. Основные элементы конструкции сверхпроводящего магнита: 1 - контакт для присоединения к внешним цепям; 2 - многожильный сверхпроводящий провод в изоляционном покрытии, припаянный к контакту; 3 - рабочий объём соленоида, максимальная напряжённость поля создаётся в его центре; 4 - текстолитовый диск для монтажа контактов и закрепления соленоида в криостате; 5 - металлический каркас соленоида; 6 - сверхпроводящая обмотка; 7 - силовой бандаж обмотки; 8 - изолирующие прокладки между слоями обмотки из полимерной плёнки или лакоткани.
Рис. 2. Основные элементы конструкции сверхпроводящего магнита: 1 - контакт для присоединения к внешним цепям; 2 - многожильный сверхпроводящий провод в изоляционном покрытии, припаянный к контакту; 3 - рабочий объём соленоида, максимальная напряжённость поля создаётся в его центре; 4 - текстолитовый диск для монтажа контактов и закрепления соленоида в криостате; 5 - металлический каркас соленоида; 6 - сверхпроводящая обмотка; 7 - силовой бандаж обмотки; 8 - изолирующие прокладки между слоями обмотки из полимерной плёнки или лакоткани.


Рис. 1б. Поперечное сечение многожильного комбинированного проводника с 61 нитью (слева) и 1045 нитями (справа) в медной матрице.
Рис. 1б. Поперечное сечение многожильного комбинированного проводника с 61 нитью (слева) и 1045 нитями (справа) в медной матрице.


Рис. 3. Установка Института атомной энергии им. И. В. Курчатова, в которой испытываются секции сверхпроводящих магнитных систем диаметром около 1 м. В средней части фотографии видна закрепленная на крышке криостата испытываемая секция (С), внизу - цилиндрический криостат (К).
Рис. 3. Установка Института атомной энергии им. И. В. Курчатова, в которой испытываются секции сверхпроводящих магнитных систем диаметром около 1 м. В средней части фотографии видна закрепленная на крышке криостата испытываемая секция (С), внизу - цилиндрический криостат (К).


Рис. 4. Схематическое изображение включения сверхпроводящего магнита в цепи питания и защиты (разрядки): 1 - дьюар с жидким азотом; 2 - дьюар с жидким гелием; 3 - соленоид; 4 - нагреватель; 5 - источник питания соленоида; 6 - разрядное сопротивление; 7 - реле защиты; 8 - управляющее устройство.
Рис. 4. Схематическое изображение включения сверхпроводящего магнита в цепи питания и защиты (разрядки): 1 - дьюар с жидким азотом; 2 - дьюар с жидким гелием; 3 - соленоид; 4 - нагреватель; 5 - источник питания соленоида; 6 - разрядное сопротивление; 7 - реле защиты; 8 - управляющее устройство.


Рис. 1а. Схематическое изображение многожильного сверхпроводящего провода: комбинированный скрученный проводник (1 - сверхпроводящие нити, 2 - матрица).
Рис. 1а. Схематическое изображение многожильного сверхпроводящего провода: комбинированный скрученный проводник (1 - сверхпроводящие нити, 2 - матрица).


В Большой Советской Энциклопедии рядом со словом "Магнит сверхпроводящий"

Магнит постоянный | Буква "М" | В начало | Буквосочетание "МА" | Магнитка


Статья про слово "Магнит сверхпроводящий" в Большой Советской Энциклопедии была прочитана 4985 раз


Интересное