МАГНИТ СВЕРХПРОВОДИЩИЙ
соленоид
или
электромагнит
с
обмоткой из сверхпроводящего материала. Обмотка в состоянии сверхпроводимости
обладает
нулевым <омич. сопротивлением.
Если такая обмотка замкнута накоротко,
то наведённый в ней электрич. ток сохраняется практически сколь угодно
долго. Магнитное поле незатухающего тока, циркулирующего по обмотке М.
с., исключительно стабильно и лишено пульсаций, что важно для ряда приложений
в науч. исследованиях и технике.
Обмотка М. с. теряет свойство сверхпроводимости
Для стабилизации тока в обмотке М. с. (предотвращения
Свойствасверхпроводящих материалов,
КЗ т 1 э= 79,6 а/м
Сравнительно небольшие М. с. (с энергией
Электромагнитное взаимодействие витков
При создании в обмотке М. с. электрич.
Работающий М. с. находится обычно внутри
Современные сверхпроводящие материалы позволяют
Значительное число созданных М. с. используется
Лит.: Р о у з - И н с А., Родерик
А
Б
В
Г
Д
Е
Ё
Ж
З
И
Й
К
Л
М
Н
О
П
Р
С
Т
У
Ф
Х
Ц
Ч
Ш
Щ
Ъ
Ы
Ь
Э
Ю
Я
при повышении темп-ры выше критической температуры Т
при достижении в обмотке критического тока I
магнитного поля Н
материалы с высокими значениями Т
потери сверхпроводимости отдельными её участками) сверх-проводящие 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 неск. 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. 1), что способствует уменьшению токов, наводящихся в сверхпроводящих
жилах и замыкающихся через металл матрицы. Обмоточные материалы из хрупких
интерметаллич. соединений Nb
(2-3 <мкм) на обеих поверхностях. Такая лента для стабилизации
сверхпроводящего тока и упрочнения покрывается тонким слоем меди или нержавеющей
стали.
Рис. 1. Схематическое изображение
многожильного сверхпроводящего провода: а - комбинированный скрученный
проводник (1 - сверхпроводящие нити, 2- матрица); 6 - поперечное сечение
многожильного комбинированного проводника с 61 нитью (слева) и 1045 нитями
(справа) в медной матрице.
применяемых для обмоток сверхпроводящих магнитов
4,2 К,
в магнитном поле
кгс
кгс
кгс
кгс
50%) ....
.......
...........
магнитного поля до неск. сотен кдж) изготавливают с плотно намотанной
обмоткой, содержащей 30-50% сверхпроводника в сечении провода. У крупных
М. с., 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.
Рис. 2. Основные элементы конструкции
сверхпроводящего магнита: 1 - контакт для присоединения к внешним цепям;
2 - многожильный сверх-проводящий 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.
соленоида создаёт механич. напряжения в обмотке, к-рые в случае длинного
соленоида с полем 100 кгс эквивалентны внутр. давлению 400 am
(3,9*107
н/м2). Обычно для придания М. с. необходимой механич. прочности
применяют спец. бандажи (рис. 2). В принципе, механич. напряжения могут
быть значительно снижены такой укладкой витков обмотки, при к-рой линии
тока совпадают с силовыми линиями магнитного поля всей системы в целом
(т. н. ч бессиловая" конфигурация обмотки).
тока требуемой величины сначала включают нагреватель, расположенный на
замыкающем обмотку сверхпроводящем проводе. Нагреватель повышает темп-ру
замыкающего провода выше его Т
выключают. Цепь шунта, охлаждаясь, становится сверхпроводящей, и после
снижения тока питания до нуля в обмотке М. с. и замыкающем её проводе начинает
циркулировать незатухающий ток.
криостата (рис. 3) с жидким гелием (темп-pa кипящего гелия 4,2 К ниже Т
обмоточных материалов). Для предотвращения возможных повреждений сверхпроводящей
цепи и экономии жидкого гелия при выделении запасённой в М. с. энергии
в цепи М. с. имеется устройство для вывода энергии на разрядное сопротивление
(рис. 4). Предельная напряжённость магнитного поля М. с. определяется в
конечном счёте свойствами материалов, применяемых для изготовления обмотки
магнита (см. табл.).
получать поля до 150-200 кгс. Стоимость крупных М. с. с напряжённостью
поля порядка десятков кгс в объёме неск. м3 практически
не отличается от затрат на сооружение водоохлаждаемых соленоидов с такими
же параметрами, в то время как суммарные затраты электрич. энергии на питание
М. с, и его охлаждение приблизительно в 500 раз меньше, чем для обычных
электромагнитов. Для обеспечения работы такого М. с. требуется ок. 100-150
квт,
тогда
как для эксплуатации аналогичного водоохлаждаемого магнита потребовалась
бы мощность 40- 60 Мвт.
Рис. 3. Установка Института атомной
энергии им. И. В. Курчатова, в к-рой испытываются секции сверхпроводящих
магнитных систем диаметром около 1 м. В средней части фотографии видна
закреплённая на крышке криостата испытываемая секция (С), внизу - цилиндрический
криостат (К).
для исследования магнитных, электрич. и оптич. свойств веществ, в экспериментах
по изучению плазмы, атомных ядер и элементарных частиц. М. с. получают
распространение в технике связи и радиолокации, в качестве индукторов магнитного
поля электромашин. Принципиально новые возможности открывает сверхпроводимость
в создании М. с.- индуктивных накопителей энергии с практически неограниченным
временем её хранения.
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; б - разрядное сопротивление;
7 - реле защиты; 8 - управляющее устройство.
Е., Введение в физику сверхпроводимости, пер. с англ., М., 1972; Зенкевич
В. Б., Сычев В. В., Магнитные системы на сверхпроводниках, М., 1972; К
р е м л ё в М. Г., Сверхпроводящие магниты, "Успехи физических наук", 1967,
т. 93, в. 4. Б. Н. Самойлов.