Применение сверхпроводящих магнитов

Применение сверхпроводящих магнитов

Пройдя почти полувековой путь развития, сверхпроводящие магниты находят применение в таких областях, как медицинская томография, исследования термоядерного синтеза, управление в энергетике и в научно-исследовательских работах. Благодаря непрерывному повышению уровня знаний о процессах, вызывающих нестабильности и переходы магнитов в нормальное состояние, удалось увеличить плотности токов и компактность обмоток.

Экономичные магниты

Уменьшение размеров обмоток позволило создать экономичные магниты для магниторезонансной томографии, ускорителей, спектрометров высокого разрешения. Для установок по термоядерному синтезу и для энергетики удалось создать большие магниты, в которых используются композитные проводники с высоким содержанием меди, или алюминия.

Открытие высокотемпературных сверхпроводников, возможно, открывает перспективы разработки магнитов с очень сильными полями. Пока же удалось разработать низкотемпературные сверхпроводники, пригодные для создания полей до 30 тесла. Во всяком случае, для магнитов с такими полями потребуются конструкционные материалы повышенной прочности, которых пока что не существует, а также новые технологические методы.

Адиабатические обмотки

Рассмотрение последних достижений в создании сверхпроводящих магнитов позволяет выявить ряд тенденций. Появление магниторезонансной томографии потребовало обмоток, обладающих более высокой топологической точностью, чем обеспечивали криостабилизированные проводники. В результате появились надёжные промышленные магниты с запасенной энергией до 40 мегаджоуль с адиабатически стабилизированными обмотками, в которых отсутствует локальное охлаждение проводников. Размеры обмоток будут, несомненно, и далее возрастать по мере углубления понимания причин преждевременных переходов адиабатических обмоток в нормальное состояние.

При использовании тройного соединения на основе ниобия и олова максимальное поле, достигаемое в сверхпроводящих магнитах, возросло до 20, 1 тесла. Легирование сплава ниобия и олова титаном, или танталом привело к увеличению критической плотности тока до 104 ампекр на сантиметр квадратный при 20 тесла. В настоящее время проблема получения сильных магнитным полей в больших объёмах сводится в основном к созданию надёжной конструкции и системы защиты от переходов в нормальное состояние.

Сверхпроводящие магниты

Сверхпроводящие магниты вызвали к жизни ряд новых технологий. Применение ядерного магнитного резонанса с высоким разрешением при исследовании органических соединений стало распространенной методикой. Наблюдаемые протонные частоты достигают 600 МГц, что соответствует 14,1 тесла. При таких значениях магнитного поля необходимо использовать провода на основе ниобий-олова. Были разработаны проводники с требуемой однородностью, развиты методы точного изготовления обмоток и соединения сверхпроводников между собой. Ведутся работы по магнитам для наблюдения ядерного магнитного резонанса на частотах 750 МГц.

Сверхпроводящий суперколлайдер

Как для ядерного магнитного резонанса, так и для ускорителей требуются магниты с адиабатическими обмотками и высокой конструктивной плотностью тока в них. Дипольные магниты для сверхпроводящего суперускорителя с встречными пучками (сверхпроводящий суперколлайдер) не только работают при чрезвычайно высоких плотностях тока, но и обеспечивают высокую однородность поля. Специально для сверхпроводящего суперколлайдера были разработаны провода из ниобий-титана с особо тонкими жилами и высокой плотностью тока. Особенно важными для адиабатических магнитов является вопрос защиты от переходов в нормальное состояние. В диполях для сверхпроводящего суперколлайдера эта проблема имеет специфические особенности.

Обмотки тороидального поля

Построены прототипы больших сверхпроводящих магнитов для работ по термоядерному синтезу и сверхпроводящих индуктивных накопителей энергии, разрабатываются полномасштабные системы, включая обмотки тороидального поля для токамака с проектным значением полей до 20 тесла и запасенной энергией до 120 гигаджоуль, а также катушки для сверхпроводящих индуктивных накопителей. Запасающие энергию 20 мегаватт/час.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:

Отправить ответ

avatar