|
|
Большая Советская Энциклопедия (цитаты)
|
|
|
|
|
Магнит сверхпроводящий | сверхпроводящий (далее М) соленоид или электромагнит с обмоткой из сверхпроводящего материала. Обмотка в состоянии сверхпроводимости обладает нулевым омическим сопротивлением. Если такая обмотка замкнута накоротко, то наведенный в ней электрический ток сохраняется практически сколь угодно долго. поле незатухающего тока, циркулирующего по обмотке М, исключительно стабильно и лишено пульсаций, что важно для ряда приложений в научных исследованиях и технике.
Обмотка М теряет свойство сверхпроводимости при повышении температуры выше критической температуры Тк сверхпроводника, при достижении в обмотке критического тока k или критического магнитного поля Нк. Учитывая это, для обмоток М применяют материалы с высокими значениями Тк, k и Нк (см. таблицу).
Свойства сверхпроводящих материалов, применяемых для обмоток сверхпроводящих
Материал
|
при 4,2 , кэ
|
Критическая температура T,
|
Критическая плотность тока (а/см2)
в поле
|
50 кгс
|
100 кгс
|
150 кгс
|
200 кгс
|
Сплав –
( 50% – 50%)
|
90
|
10,5
|
1·105
|
0
|
0
|
0
|
Сплав –
( 50% – 50%)
|
120
|
9,8
|
3·105
|
1·104
|
0
|
0
|
Сплав – (3)
|
245
|
18,1
|
(1,5–2)·106
|
1·106
|
(0,7–1)·105
|
(3–5)·104
|
Соединение – (3)
|
210
|
14,5
|
1·106
|
(2–3)·105
|
(1,5–2)·105
|
(3–5)·104
|
Для стабилизации тока в обмотке М (предотвращения потери сверхпроводимости отдельными ее участками) сверхпроводящие обмоточные материалы выпускаются в виде проводов и шин, состоящих из тонких жил сверхпроводника в матрице нормального металла с высокой электро- и теплопроводностью ( или Жилы делают не толще нескольких десятков мкм, что снижает тепловыделение в обмотке при проникновении в нее растущего с током 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 3 и 3 выпускают в виде лент из или 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 М (с энергией поля до нескольких сотен кдж) изготавливают с плотно намотанной обмоткой, содержащей 30-50% сверхпроводника в сечении провода. У крупных М, с энергией поля в десятки и сотни Мдж, проводники (шины) в своем сечении содержат 5-10% сверхпроводника, а в обмотке предусматриваются каналы, обеспечивающие надежное охлаждение витков жидким
Электромагнитное взаимодействие витков соленоида создает 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 М 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 поля всей системы в целом (так называемая "бессиловая" конфигурация обмотки).
При создании в обмотке М электрического тока требуемой величины сначала включают нагреватель, расположенный на замыкающем обмотку сверхпроводящем проводе. Нагреватель повышает температуру замыкающего провода выше его Тк, и цепь шунта перестает 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 М и замыкающем ее проводе начинает циркулировать незатухающий ток.
Работающий М находится обычно внутри криостата (рис. 3) с жидким (температура кипящего 4,2 ниже Тк сверхпроводящих обмоточных материалов). Для предотвращения возможных повреждений сверхпроводящей цепи и экономии жидкого при выделении запасенной в М энергии в цепи М имеется устройство для вывода энергии на разрядное сопротивление (рис. 4). Предельная напряженность поля М определяется в конечном счете свойствами материалов, применяемых для изготовления обмотки (см. таблицу).
Современные сверхпроводящие материалы позволяют получать поля до 150-200 кгс. Стоимость крупных М с напряженностью поля порядка десятков кгс в объеме 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 М и его охлаждение приблизительно в 500 раз меньше, чем для обычных электромагнитов. Для обеспечения работы такого М требуется около 100-150 квт, тогда как для эксплуатации аналогичного водоохлаждаемого потребовалась бы мощность ~40-60 Мвт.
Значительное число созданных М используется для исследования электрических и оптических свойств веществ, в экспериментах по изучению плазмы, ядер и элементарных частиц. М получают распространение в технике связи и радиолокации, в качестве индукторов поля электромашин. Принципиально новые возможности открывает сверхпроводимость в создании М - индуктивных накопителей энергии с практически неограниченным временем ее хранения.
Лит.: Роуз-Инс А., Родерик Е., Введение в физику сверхпроводимости, пер. с. англ., М., 1972; Зенкевич В. Б., Сычев В. В., системы на сверхпроводниках, М., 1972; Кремлев М. Г., Сверхпроводящие "Успехи физических наук", 1967, т. 93, в. 4.
Б. Н. Самойлов.
|
Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска
|
|
 |
 |
 |
|
|
|
Новости 21.11.2024 11:55:58
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
