Физическая энциклопедия - магнит сверхпроводящий

соленоид или электромагнит с обмоткой из сверхпроводящего материала. Обмотка в состоянии сверхпроводимости обладает нулевым омич. сопротивлением. Если она замкнута накоротко, то наведённый в ней электрич. ток циркулирует, практически не изменяясь, сколь угодно долго и его магн. поле остаётся стабильным (лишённым пульсаций). Совр. М. с. позволяют получать поля до 150-200 кГс. Обмотка М. с. теряет сверхпроводимость при повышении темп-ры выше критической температуры Тк сверхпроводника, при достижении в обмотке критич. тока Iк или критического магнитного поля Нк.

Учитывая это, для обмоток М. с. применяют материалы с высокими значениями Тк, Iк и Hк (табл.). Для предотвращения потери сверхпроводимости отд. участками обмотки обмоточные материалы выпускаются в виде проводов и шин, состоящих из тонких жил сверхпроводника в матрице норм. металла с высокой электрои теплопроводностью (Си или А1).

Жилы делают не толще неск. десятков мкм, что снижает тепловыделение в обмотке при проникновении в неё растущего с током магн. поля. Кроме того, весь проводник при изготовлении скручивают вдоль оси, что способствует уменьшению токов, наводящихся в сверхпроводящих жилах и замыкающихся через металл матрицы. Обмоточные материалы из хрупких интерметаллич.

соединений Nb3Sn и V3Ga выпускают в виде лент из Nb или V толщиной 10-20 мкм со слоями интерметаллич. соединений (2-3 мкм) на обеих поверхностях. Такая лента для упрочнения покрывается тонким слоем меди или нержавеющей стали. Сравнительно небольшие М. с. (с энергией магн. поля до неск. сотен кДж) изготовляют 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 510% сверхпроводника, а в обмотке предусматриваются каналы, обеспечивающие надёжное охлаждение витков жидким гелием. СВОЙСТВА СВЕРХПРОВОДЯЩИХ МАТЕРИАЛОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ ДЛЯ ОБМОТОК СВЕРХПРОВОДЯЩИХ МАГНИТОВ Рис.

1. Осн. элементы конструкции сверхпроводящего магнита: 1 контакт для присоединения к внеш. цепям; 2 многожильный сверхпроводящий провод в изоляц. покрытии, припаянный к контакту; 3 рабочий объём соленоида, макс. напряжённость поля создаётся в его центре; 4 текстолитовый диск для монтажа контактов и закрепления соленоида в криостате; 5 металлич.

каркас соленоида; 6 сверхпроводящая обмотка; 7 -силовой бандаж обмотки; 8 изолирующие прокладки между слоями обмотки из полимерной плёнки или лакоткани. Эл.-магн. вз-ствие витков соленоида создаёт механич. напряжения в обмотке, к-рые в случае длинного соленоида с полем = 100 кГс эквивалентны внутр. давлению = 400 ат (=3,9•107 Н/м2). Обычно для придания М.

с. необходимой механич. прочности применяют спец. бандажи (рис. 1). Рис. 2. Установка Института атомной энергии им. И. В. Курчатова, в к-рой испытываются секции сверхпроводящих магн. систем диаметром ок. 1 м. В ср. части фотографии видна закреплённая на крышке криостата испытываемая секция, внизу цилиндрич. криостат. Рис. 3. Схематич. 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; в разрядное сопротивление; 7 реле защиты; 8 управляющее устройство.

Механич. напряжения могут быть значительно снижены такой укладкой витков обмотки, при к-рой линии тока близки по направлению к силовым линиям магн. поля всей системы в целом (т. н. «бессиловая» конфигурация обмотки). При создании в обмотке М. с. электрич. тока требуемой величины сначала включают нагреватель, расположенный на замыкающем обмотку сверхпроводящем проводе (шунте).

Нагреватель повышает темп-ру 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 М. с. и замыкающем её проводе начинает циркулировать незатухающий ток.

Работающий М. с. находится обычно внутри криостата (рис. 2) с жидким гелием (темп-pa кипящего гелия 4,2 К ниже Тк сверхпроводящих 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.

3). М. с. используют для исследования магн. электрич. и оптич. св-в в-в, в экспериментах по изучению плазмы, ат. ядер и элем. ч-ц. М. с. получают распространение в технике связи и радиолокации, в кач-ве индукторов магн. поля электромашин. Принципиально новые возможности открывает сверхпроводимость в создании М. с.индуктивных накопителей энергии с практически неограниченным временем её хранения.

.