Стационарная стабилизация
Cтраница 2
Стационарная стабилизация позволяет полностью избавиться от деградации критического тока в самых больших сверхпроводящих магнитных системах, построенных до настоящего времени. Создание таких систем стало практически возможным лишь после технической реализации метода стационарной стабилизации, предложенного в 1965 г. Стекли и Лавериком. [16]
 |
Кривые тепловыделения ( 1, 2 и охлаждения ( 3 для образцов меди и алюминия, погруженных в жидкий гелий при значительном перегреве проводов. [17] |
Для меди верхняя точка пересечения на рисунке отсутствует, так как ее удельное сопротивление с температурой растет не так быстро. Данный пример иллюстрирует особенность стационарной стабилизации при высоких температурах. Во многих задачах параметр ССА / Р удается сделать меньше критического значения 3 1 кВт / м2 вследствие более низких значений удельного сопротивления алюминия, что улучшает стабильность как при высоких, так и при низких температурах. [18]
Грубо говоря, можно утверждать, что плотность тока сильно влияет на стоимость магнита при толщине обмотки, сравнимой с диаметром рабочего отверстия. В крупных магнитных системах, в которых все элементы конструкции имеют большие размеры, величина плотности тока, определяемая условием стационарной стабильности, оказывается на приемлемом уровне. Однако для сверхпроводящих магнитов небольших размеров, например для лабораторных соленоидов, метод стационарной стабилизации с экономической точки зрения совершенно неоправдан. Для магнитов с рабочим диаметром около 0 5 м стационарная стабилизация обеспечивает более высокую надежность работы магнита. Стоимость магнитной системы существенно зависит от величины рабочей плотности тока в обмотке, и это служит основанием для разработки различных усовершенствований в рамках метода стационарной стабилизации, наиболее важные из которых будут описаны ниже. [19]
Как уже отмечалось, нормальная зона малых размеров исчезает, когда скорость отвода тепла из зоны за счет теплопроводности превышает мощность тепловыделения в ней. Однако сверхпроводимость может восстановиться лишь при достаточно малых размерах нормальной зоны. В случае нормальных зон больших размеров, возникающих в обмотке магнита под действием сильных возмущений, для восстановления сверхпроводимости требуется более интенсивное охлаждение обмотки, чем позволяет объемная теплопроводность. При стационарной стабилизации такое охлаждение обеспечивается за счет хорошего теплового контакта обмотки с хладоаген-том ( как правило, жидким гелием) путем создания в ней специальных каналов охлаждения. В качестве материала обмотки используют многоволоконные провода, содержащие нормальный металл с высокой тепло - и электропроводностью, чаще всего - медь. Принцип стационарной стабилизации схематически показан на рис. 6.1. Общий критерий восстановления сверхпроводимости после воздействия возмущения, очевидно, сводится к тому, что скорость теплоотвода должна превосходить максимум генерации тепла в проводе. [20]
В настоящее время магниты первых двух типов производят серийно. Изготовлены сотни магнитов и интенсивно ведутся разработки стандартных технических приемов. Что же касается больших магнитов, то пока каждый из них является единственным в своем роде, хотя часто они имеют много общего. Так, при создании больших магнитов всегда применяют стационарную стабилизацию. Для малых и средних по размерам магнитов такая стабилизация неприемлема, поскольку в них необходимо обеспечить высокую среднюю плотность тока. Чтобы устранить скачки потока в таких магнитах, их изготовляют из многоволоконного провода. Для сведения к минимуму механических возмущений обмотку часто пропитывают эпоксидной смолой. Будучи очень эффективным при изготовлении соленоидов, этот метод не дает желаемых результатов в случае диполей и квадруполей, так как не избавляет магниты от деградации и значительной тренировки. [21]
Грубо говоря, можно утверждать, что плотность тока сильно влияет на стоимость магнита при толщине обмотки, сравнимой с диаметром рабочего отверстия. В крупных магнитных системах, в которых все элементы конструкции имеют большие размеры, величина плотности тока, определяемая условием стационарной стабильности, оказывается на приемлемом уровне. Однако для сверхпроводящих магнитов небольших размеров, например для лабораторных соленоидов, метод стационарной стабилизации с экономической точки зрения совершенно неоправдан. Для магнитов с рабочим диаметром около 0 5 м стационарная стабилизация обеспечивает более высокую надежность работы магнита. Стоимость магнитной системы существенно зависит от величины рабочей плотности тока в обмотке, и это служит основанием для разработки различных усовершенствований в рамках метода стационарной стабилизации, наиболее важные из которых будут описаны ниже. [22]
При охлаждении жидкого гелия ниже температуры 2 17 К, которая носит название К-точки, в нем возникает квантовая конденсация, отчасти напоминающая конденсацию куперовских пар в сверхпроводнике. Подобное конденсированное состояние, известное как сверхтекучесть гелия, или гелий II, характеризуется очень малым коэффициентом вязкости, большой теплоемкостью и хорошей теплопроводностью. В сверхтекучем гелии наблюдаются также большие значения коэффициента теплопередачи на границе с металлом. В связи с этим неоднократно высказывались предположения о возможности использования сверхтекучего гелия в качестве хладоагента для стационарной стабилизации сверхпроводящих магнитов. При таком подходе помимо увеличения запаса стабильности и коэффициента заполнения обмотки сверхпроводником возрастает критическая плотность тока в сверхпроводнике за счет понижения температуры. [23]
Как уже отмечалось, возмущения в сверхпроводящих магнитах могут быть обусловлены не только механическими эффектами, но и электродинамическими, называемыми скачками магнитного потока. В отличие от природы механических эффектов механизм скачков потока изучен достаточно хорошо. Это дает возможность изготовлять провода, которые оказываются устойчивыми по отношению к скачкам магнитного потока при использовании их в лю-бых сверхпроводящих устройствах. Применение таких проводов позволяет обеспечить высокую плотность тока в обмотке, поскольку в этом случае нет необходимости в стационарной стабилизации при условии достаточно низкого уровня механических возмущений. [24]
Магнит для этой камеры, как и аналогичные магниты для других пузырьковых камер, представляет собой большой соленоид, состоящий из двух половин, раздвинутых на некоторое расстояние, чтобы можно было пропускать пучок заряженных частиц в направлении, перпендикулярном полю. Каждая половина соленоида состоит из 20 однослойных галет, смонтированных так, как показано на рис. 2.2. Операция намотки одной такой галеты из семи компонентов представлена на рис. 13.10. Каналы охлаждения для жидкого гелия обеспечивались медной лентой, рифленая поверхность которой была обращена к сверхпроводнику. Еще одним компонентом обмотки был вспомогательный ленточный нагреватель, предназначенный для подавления экранирующих токов. При наличии стационарной стабилизации скачки потока не представляли опасности, однако поле изменялось из-за экранирующих токов, которые были непостоянны во времени. Именно поэтому в пузырьковой камере был предусмотрен вспомогательный нагреватель. [25]
Грубо говоря, можно утверждать, что плотность тока сильно влияет на стоимость магнита при толщине обмотки, сравнимой с диаметром рабочего отверстия. В крупных магнитных системах, в которых все элементы конструкции имеют большие размеры, величина плотности тока, определяемая условием стационарной стабильности, оказывается на приемлемом уровне. Однако для сверхпроводящих магнитов небольших размеров, например для лабораторных соленоидов, метод стационарной стабилизации с экономической точки зрения совершенно неоправдан. Для магнитов с рабочим диаметром около 0 5 м стационарная стабилизация обеспечивает более высокую надежность работы магнита. Стоимость магнитной системы существенно зависит от величины рабочей плотности тока в обмотке, и это служит основанием для разработки различных усовершенствований в рамках метода стационарной стабилизации, наиболее важные из которых будут описаны ниже. [26]
Как уже отмечалось, нормальная зона малых размеров исчезает, когда скорость отвода тепла из зоны за счет теплопроводности превышает мощность тепловыделения в ней. Однако сверхпроводимость может восстановиться лишь при достаточно малых размерах нормальной зоны. В случае нормальных зон больших размеров, возникающих в обмотке магнита под действием сильных возмущений, для восстановления сверхпроводимости требуется более интенсивное охлаждение обмотки, чем позволяет объемная теплопроводность. При стационарной стабилизации такое охлаждение обеспечивается за счет хорошего теплового контакта обмотки с хладоаген-том ( как правило, жидким гелием) путем создания в ней специальных каналов охлаждения. В качестве материала обмотки используют многоволоконные провода, содержащие нормальный металл с высокой тепло - и электропроводностью, чаще всего - медь. Принцип стационарной стабилизации схематически показан на рис. 6.1. Общий критерий восстановления сверхпроводимости после воздействия возмущения, очевидно, сводится к тому, что скорость теплоотвода должна превосходить максимум генерации тепла в проводе. [27]
Страницы: 1 2