Сверхпроводящие магниты

Ученые из Национальной лаборатории высокого магнитного поля (MagLab) при Университете штата Флорида (США) создали самый мощный в мире сверхпроводящий магнит.

Устройство диаметром не больше сантиметра и размером не больше ролика для туалетной бумаги (не знаю почему, но создатели проводят именно такую аналогию) способно генерировать рекордную напряженность магнитного поля в 45,5 тесла.

Это более чем в 20 раз мощнее магнитов больничных аппаратов магнитно-резонансной томографии. Отмечается, что ранее только импульсные магниты, способные поддерживать магнитное поле в течение доли секунды, достигали более высокой интенсивности.

Создателем магнита является инженер MagLab Санъйон Хан. О том, как ему и его команде это удалось, сообщает статья, опубликованная в журнале Nature. По словам специалистов, они использовали новые материалы для сверхпроводника и магнита, чтобы добиться таких показателей.

На самом деле исследователи создали сразу два рекордных магнита. Тестовый использует купратные сверхпроводники из сплава на основе ниобия.

Он способен генерировать магнитного поля напряженностью 45 тесла и при этом потребляет небольшое количество энергии.

По словам ученых, ранее созданные магниты на основе купрата были слишком хрупкими для использования в технологических приложениях, но новые магниты должны выдерживать напряженность поля до 60 тесла.

Из чего сделан самый мощный сверхпроводящий магнит?

Для рекордного магнита, способного создавать поле напряженностью 45,5 тесла, сверхпроводники были выполнены из нового соединения, получившего название REBCO (в его основе используется оксид редкоземельного бария-меди) и способного пропускать в два раза больше тока, по сравнению с другими сверхпроводниками, использовавшимися для создания рекордных магнитов. Благодаря этому новый магнит способен создавать гораздо более сильное магнитное поле.

Современные электромагниты содержат изоляцию между проводящими слоями, которая направляет ток по наиболее эффективному пути. Но это также добавляет вес и объем.

Инновация Хана: сверхпроводящий магнит без изоляции. Помимо более удачного дизайна, такой вариант позволяет защитить магнит от неисправности, так называемого срыва поля.

Он может происходить, когда имеющиеся в проводнике повреждения или дефекты блокируют движение тока в назначенное место, вызывая нагрев материала и потерю его сверхпроводящих свойств.

При отсутствии изоляции ток в таком случае просто идет другим путем, предотвращая срыв.

Отмечается, что создаваемая напряженность поля нового магнита превысила напряженность энергоемких резистивных магнитов, которые не используют сверхпроводники, а также обычных сверхпроводниковых магнитов и гибридных сверхпроводящих резистивных магнитов.

«Тот факт, что слои катушки не изолированы друг от друга означает, что они могут легко и эффективно передавать ток между собой, чтобы тот мог обойти любое препятствие на своем пути», — объясняет соавтор исследования Дэвид Ларбалтье.

Для чего нужны сверхпроводящие магниты?

Подобные сверхпроводящие магниты необходимы для работы целого ряда различных устройств, от МРТ-аппаратов до высокоскоростных транспортных систем и термоядерных реакторов. Ожидается, что сверхпроводящие магниты могут продвинуть исследования в разных научных сферах.

Обсудить новость можно в нашем Telegram-чате.

Сверхпроводящие магниты

Магнит сверхпроводящий, соленоид или электромагнит с обмоткой из сверхпроводящего материала. Обмотка в состоянии сверхпроводимости обладает нулевым омическим сопротивлением.

Если такая обмотка замкнута накоротко, то наведённый в ней электрический ток сохраняется практически сколь угодно долго.

Магнитное поле незатухающего тока, циркулирующего по обмотке Магнит сверхпроводящий, исключительно стабильно и лишено пульсаций, что важно для ряда приложений в научных исследованиях и технике.

Магнит сверхпроводящий теряет свойство сверхпроводимости при повышении температуры выше критической температуры Тк сверхпроводника, при достижении в обмотке критического тока Ik или критического магнитного поля Нк. Учитывая это, для обмоток Магнит сверхпроводящий применяют материалы с высокими значениями Тк, Ik и Нк (см. таблицу).

Свойства сверхпроводящих материалов, применяемых для обмоток сверхпроводящих магнитов

Материал	HK при 4,2 K, кэ	Критическая температура TK, K	Критическая плотность тока (а/см2) в магнитном поле
50 кгс	100 кгс	150 кгс	200 кгс
Сплав ниобий – цирконий	(Nb 50% – Zr 50%)	90	10,5	1·105	0	0
Сплав ниобий – титан	(Nb 50% – Ti 50%)	120	9,8	3·105	1·104	0
Сплав ниобий – олово (Nb3Sn)	245	18,1	(1,5–2)·106	1·106	(0,7–1)·105	(3–5)·104
Соединение ванадий – галлий (V3Ga)	210	14,5	1·106	(2–3)·105	(1,5–2)·105	(3–5)·104

Для стабилизации тока в обмотке Магнит сверхпроводящий (предотвращения потери сверхпроводимости отдельными её участками) сверхпроводящие 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 нескольких 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. 1а, 1б), что способствует уменьшению токов, наводящихся в сверхпроводящих жилах и замыкающихся через металл матрицы. Обмоточные материалы из хрупких интерметаллических соединений Nb3Sn и V3Ga выпускают в виде лент из Nb или V 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 Магнит сверхпроводящий (с энергией магнитного поля до нескольких сотен кдж) изготавливают с плотно намотанной обмоткой, содержащей 30-50% сверхпроводника в сечении провода.

У крупных Магнит сверхпроводящий, 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.

Электромагнитное взаимодействие витков соленоида создаёт механические напряжения в обмотке, которые в случае длинного соленоида с полем ~100 кгс эквивалентны внутреннему давлению ~ 400 am (3,9Ч107 н/м2).

Обычно для придания Магнит сверхпроводящий 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 магнитного поля всей системы в целом (так называемая “бессиловая” конфигурация обмотки).

При создании в обмотке Магнит сверхпроводящий электрического тока требуемой величины сначала включают нагреватель, расположенный на замыкающем обмотку сверхпроводящем проводе.

Нагреватель повышает температуру 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 Магнит сверхпроводящий и замыкающем её проводе начинает циркулировать незатухающий ток.

Работающий Магнит сверхпроводящий находится обычно внутри криостата (рис. 3) с жидким гелием (температура кипящего гелия 4,2°K ниже Тк сверхпроводящих обмоточных материалов).

Для предотвращения возможных повреждений сверхпроводящей цепи и экономии жидкого гелия при выделении запасённой в Магнит сверхпроводящий энергии в цепи Магнит сверхпроводящий имеется устройство для вывода энергии на разрядное сопротивление (рис. 4).

Предельная напряжённость магнитного поля Магнит сверхпроводящий определяется в конечном счёте свойствами материалов, применяемых для изготовления обмотки магнита (см. таблицу).

Современные сверхпроводящие материалы позволяют получать поля до 150 — 200 кгс.

Стоимость крупных Магнит сверхпроводящий с напряжённостью поля порядка десятков кгс в объёме 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 Магнит сверхпроводящий и его охлаждение приблизительно в 500 раз меньше, чем для обычных электромагнитов. Для обеспечения работы такого Магнит сверхпроводящий требуется около 100-150 квт, тогда как для эксплуатации аналогичного водоохлаждаемого магнита потребовалась бы мощность ~40-60 Мвт.

Значительное число созданных Магнит сверхпроводящий используется для исследования магнитных, электрических и оптических свойств веществ, в экспериментах по изучению плазмы, атомных ядер и элементарных частиц.

Магнит сверхпроводящий получают распространение в технике связи и радиолокации, в качестве индукторов магнитного поля электромашин.

Принципиально новые возможности открывает сверхпроводимость в создании Магнит сверхпроводящий — индуктивных накопителей энергии с практически неограниченным временем её хранения.

Литература:

1. Роуз-Инс А., Родерик Е., Введение в физику сверхпроводимости, пер. с. англ., М., 1972;
2. Зенкевич В. Б., Сычев В. В., Магнитные системы на сверхпроводниках, М., 1972;
3. Кремлёв М. Г., Сверхпроводящие магниты, “Успехи физических наук”, 1967, т. 93, в. 4.

Знаете ли Вы, что любой разумный человек скажет, что не может быть улыбки без кота и дыма без огня, что-то там, в космосе, должно быть, теплое, излучающее ЭМ-волны, соответствующее температуре 2.7ºК. Действительно, наблюдаемое космическое микроволновое излучение (CMB) есть тепловое излучение частиц эфира, имеющих температуру 2.7ºK. Еще в начале ХХ века великие химики и физики Д. И. Менделеев и Вальтер Нернст предсказали, что такое излучение (температура) должно обнаруживаться в космосе. В 1933 году проф. Эрих Регенер из Штуттгарта с помощью стратосферных зондов измерил эту температуру. Его измерения дали 2.8ºK — практически точное современное значение. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМАРыцари теории эфира

01.10.2019 — 05:20: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ — Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Осиевского — Карим_Хайдаров.30.09.2019 — 12:51: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ — Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Дэйвида Дюка — Карим_Хайдаров.30.09.2019 — 11:53: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ — Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Владимира Васильевича Квачкова — Карим_Хайдаров.29.09.2019 — 19:30: СОВЕСТЬ — Conscience -> РУССКИЙ МИР — Карим_Хайдаров.29.09.2019 — 09:21: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ — Economy and Finances -> КОЛЛАПС МИРОВОЙ ФИНАНСОВОЙ СИСТЕМЫ — Карим_Хайдаров.29.09.2019 — 07:41: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ — Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Михаила Делягина — Карим_Хайдаров.26.09.2019 — 17:35: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ — Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Андрея Пешехонова — Карим_Хайдаров.26.09.2019 — 16:35: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА — War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма — Карим_Хайдаров.26.09.2019 — 08:33: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ — Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от О.Н. Четвериковой — Карим_Хайдаров.26.09.2019 — 06:29: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ — Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Ю.Ю. Болдырева — Карим_Хайдаров.24.09.2019 — 03:34: ТЕОРЕТИЗИРОВАНИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ — Theorizing and Mathematical Design -> ФУТУРОЛОГИЯ — прогнозы на будущее — Карим_Хайдаров.24.09.2019 — 03:32: НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ — New Technologies -> «Зенит»ы с «Протон»ами будут падать — Карим_Хайдаров.

Американские физики создали самый мощный сверхпроводящий магнит

Внешний вид высокотемпературных сверхпроводящих катушек магнита до его объединения с внешним низко-температурным магнитом

National MagLab

Физики из Университета штата Флорида создали сверхпроводящий магнит, с помощью которого можно получить магнитное поле величиной 32 тесла. Это примерно на треть больше максимальной индукции, которую могли создать сверхпроводящие магниты ранее, сообщается в пресс-релизе университета.

В сверхпроводящих магнитах магнитное поле образуется за счет электрического тока, проходящего по катушкам из сверхпроводящего материала, сопротивление которого равно нулю. Благодаря этому, в отличие от электромагнитов Биттера, сверхпроводящие магниты не разогреваются и для своей работы требуют значительно меньших мощностей.

Сейчас сверхпроводящие магниты активно используются в разных областях, в частности, на ускорителях элементарных частиц, в томографах и спектрометрах для ядерного магнитного резонанса или для движения поездов на магнитной подушке.

Тем не менее, по максимальной индукции создаваемого магнитного поля (которая к настоящему моменту не превосходила 25 тесла), сверхпроводящие магниты значительно уступали резистивным электромагнитам.

Сотрудники Лаборатории высоких магнитных полей Университета штата Флорида смогли создать сверхпроводящий магнит, который создает магнитное поле, почти на треть превосходящее по своей величине предыдущий рекорд. 8 декабря созданный ими магнит впервые достиг поля в 32 тесла.

Добиться создания такого мощного магнитного поля удалось за счет введения в структуру магнита элементов на основе высокотемпературных сверхпроводящих материалов.

В предложенной конфигурации сверхпроводящего магнита внешняя часть состоит из традиционных катушек из низкотемпературного сверхпроводника, а внутренняя — из высокотемпературных сверхпроводящих магнитных катушек из YBCO (материала на основе иттрия, бария, меди и кислорода).

Физики утверждают, что с помощью магнита предложенной конфигурации удалось создать очень устойчивое и однородное поле, однако точных показателей в пресс-релизе не приводится.

При этом, поскольку это первый сверхпроводящий магнит такого типа, то 32 тесла — это далеко не предельное значение магнитного поля.

В будущем максимальную индукцию магнитного поля, созданного таким магнитом, можно будет поднять и выше ста тесла.

По словам директора лаборатории Грега Бебингера (Greg Boebinger), это уже третий рекорд, который удалось установить его лаборатории за последнее время.

Летом прошлого года физики сделали рекордно мощный резистивный магнит, позволяющий получить магнитное поле индукцией более 41 тесла, а в ноябре 2016 года — систему из последовательно соединенных гибридных магнитов, с помощью которых можно получить однородное магнитное поле с индукцией 36 тесла.

Отметим, что дипольные сверхпроводящие магниты используются, например, на Большом адронном коллайдере. Именно инженерам из ЦЕРН принадлежал рекорд дипольных низкотемпературных сверхпроводящих магнитов на основе сплава олова и ниобия, установленный в 2015 году.

Александр Дубов

(PDF) СВЕРХПРОВОДЯЩИЕ МАГНИТЫ (Superconducting Magnets)

1

СВЕРХПРОВОДЯЩИЕ МАГНИТЫ

Д.М. Гохфельд

• В этой статье рассказывается о том, как сверхпроводники отталкиваются от магнита,
• притягиваются к магниту, работают вместе с магнитом и вместо магнита.
• Без сопротивления
• Сверхпроводники это материалы, обладающие уникальными свойствами [1]. Многие
• металлы, сплавы и сложные соединения при очень низкой температуре
• становятся
• сверхпроводящими. В сверхпроводящем состоянии электрическое сопротивление
• материала равно нулю, отсутствует.
• Когда электрический ток течет по обычному несверхпроводящему проводнику
• (металлу), проводник нагревается. Это происходит из-за того, что переносящие ток
• электроны сталкиваются с атомами кристаллической решетки металла. Энергия
• электронов расходуется на нагрев проводника. Для преодоления сопротивления и
• поддержания электрического тока приходится постоянно расходовать энергию (энергия
• берется из источников электрической энергии – батареек, аккумуляторов, электрической
• сети).
• В сверхпроводниках электрический ток переносится не единичными, а спаренными
• электронами – куперовскими парами [2]. Куперовские пары способны смещаться вдоль
• кристаллической решетки без столкновений и сопротивления [3]. Поэтому, потерь
• энергии нет, и сверхпроводник не греется при протекании тока.
• Передача электроэнергии без потерь – область применения для сверхпроводников. К
• сожалению, сегодня благоприятная для сверхпроводимости температура только на
• Плутоне. Но и на нашей планете сверхпроводники уже используются в линиях
• электропередач постоянного тока [4]. Кроме того, сверхпроводники оказались
• незаменимыми для измерения слабых полей (например, для магнитоэнцефалографии) и
• для создания сильных полей (электромагниты).
• Кое-что о вихрях Абрикосова
• Вместе с нулевым сопротивлением сверхпроводники демонстрируют абсолютный

диамагнетизм. Диамагнетизм – способность материала ослаблять магнитное поле.

Для работы сверхпроводников требуется температура от точки кипения азота (-196 °C) и

ниже.

1. 2
2. Сверхпроводники не просто ослабляют, а полностью выталкивают из себя магнитное
3. поле.
4. Сверхпроводники первого рода (Hg, Al, Pb и др.) выталкивают магнитное поле до
5. тех пор, пока внешнее поле не увеличивается до некоторого критического значения. Затем
6. поле быстро проникает в весь объем образца и сверхпроводящее состояние исчезает.
7. Сверхпроводники второго рода (Nb, YBa2Cu3O7, MgB2 и др.) также выталкивают
8. слабое магнитное поле. Увеличивающееся внешнее поле постепенно начинает проникать
9. в образец квантованными нитями, называемыми вихрями Абрикосова [5]. Таким образом,
10. в сверхпроводниках второго рода сверхпроводимость сохраняется и тогда, когда
11. магнитное поле частично проникло в образец. Большой ток может протекать по таким
12. сверхпроводникам, не разрушая сверхпроводящее состояние. Поэтому сверхпроводники
13. второго рода привлекательны для практических применений. Далее в статье под термином
14. сверхпроводник подразумевается сверхпроводник второго рода.
15. Текущий по сверхпроводнику электрический ток пытается сдвинуть вихри
16. Абрикосова. На движение вихрей тратится энергия, возникает сопротивление,
17. сверхпроводник нагревается. Однако если вихри Абрикосова закреплены на дефектах
18. структуры или неоднородностях материала, то протекающий ток не может сдвинуть их и
19. сопротивление остается равным нулю. То есть для отсутствия сопротивления необходимо,
20. чтобы в сверхпроводнике присутствовали дефекты, на которых могут закрепиться вихри.
21. Огромное количество исследований посвящены способам, как загрязнить
22. сверхпроводники и увеличить количество дефектов, не испортив сверхпроводимость.
23. Как кошка с собакой
24. Сверхпроводимость это квантовый коллективный феномен [3], как и магнетизм.
25. Абсолютный диамагнетизм сверхпроводников является полной противоположностью
26. магнетизма ферромагнетиков. Ферромагнетики это материалы, из которых делают
27. постоянные магниты. Ферромагнетики способны генерировать собственное магнитное
28. поле и усиливать внешнее поле.
29. Сверхпроводимости и магнетизму трудно ужиться в одном материале, как кошке и
30. собаке в одной комнате. Добавление ферромагнитных примесей в сверхпроводник
31. приводит к подавлению сверхпроводимости из-за разрушения куперовских пар

магнитным полем. Тем не менее, иногда кошка с собакой неплохо сосуществуют вместе.

• Наноразмерные ферромагнитные примеси подавляют сверхпроводимость локально,
• вокруг себя, образуя малые несверхпроводящие включения в образце. На этих
• несверхпроводящих включениях хорошо закрепляются вихри Абрикосова. Несмотря на

1. 3
2. локальное подавление сверхпроводимости, свойства сверхпроводника в целом
3. улучшаются.
4. Соединяя сверхпроводник с ферромагнетиком можно создавать новые устройства.
5. Из слоев ферромагнетик-сверхпроводник (FS) можно сконструировать магнитную шапку-
6. невидимку [6]. Электрические FS контакты позволяют управлять спинами электронов и
7. куперовских пар, такие спинтронные элементы [7] открывают пути создания новых
8. поколений электронных устройств.
9. Поднесем магнит
10. Благодаря собственному диамагнетизму сверхпроводник отталкивается от
11. постоянного магнита так же, как отталкиваются друг от друга одноименные полюса

постоянных магнитов. Два отталкивающихся магнита не могут находиться в равновесии.

• Такие магниты стремятся развернуться противоположными полюсами и притянуться друг
• к другу. Поэтому для левитации одного магнита над другим необходимы
• вспомогательные распоры. В отличие от двух магнитов, можно устойчиво подвесить
• сверхпроводник над магнитом или магнит над сверхпроводником (рисунки 1, 2).

Рисунок 1. Левитация магнита над сверхпроводником.

Рисунок 2. Левитация сверхпроводника над магнитами.

В институте физики твердого тела в Дрездене работает группа по исследованию и

применению магнитной левитации сверхпроводников. Созданная в этой группе

4

демонстрационная установка показывает левитацию модели паровоза над магнитной

дорогой [8]. Внутри модели находится охлажденный сверхпроводящий брусок. Модель

1. летает над дорогой на некоторой высоте, практически без трения. Сверхпроводник может
2. двигаться над магнитной дорогой, в стороне от нее и даже под ней. Другая
3. демонстрационная установка из Королевского института Великобритании представляет
4. собой магнитную дорогу, собранную из 2000 магнитов в виде ленты Мѐбиуса.
5. Сверхпроводящий диск летает, оказываясь то над магнитной дорогой, то под ней [9].
6. Эти опыты показывают, что сверхпроводник может удерживаться на некотором
7. расстоянии от магнита, при любой взаимной ориентации. Не отталкиваться или
8. притягиваться, а удерживаться! Пока магнитное поле выталкивается из сверхпроводника,
9. сверхпроводник будет отталкиваться от магнита. Но если магнитное поле частично
10. проникло в сверхпроводящий образец, то закрепившиеся вихри Абрикосова препятствуют
11. удалению сверхпроводника от магнита.
12. Теперь уберем магнит
13. Закрепившиеся вихри Абрикосова остаются в сверхпроводнике даже после
14. выключения внешнего поля (или удаления магнита). Магнитное поле замораживается в
15. материале, и сверхпроводник начинает вести себя, как постоянный магнит. Конфигурации
16. магнитных полей от постоянного магнита и от сверхпроводящего магнита очень похожи

(рис. 3), так что постоянный магнит можно заменить сверхпроводящим магнитом.

• Рисунок 3. Магнитное поле, создаваемое постоянным магнитом (слева) и
• сверхпроводником с замороженным полем (справа).
• У сверхпроводящих магнитов есть ряд преимуществ перед постоянными магнитами.
• Постоянный магнит не может создавать поле большее, чем 1.8 Тесла, так как его свойства
• определяются количеством магнитных атомов в материале. У сверхпроводника нет такого
• ограничения. Величина поддерживаемого поля определяется размерами, дефектами и
• прочностью сверхпроводящего магнита и может быть огромной. Команде ученых из

1. 5
2. Кембриджа удалось удержать магнитное поле 17.6 Тесла [10] в сверхпроводнике Gd-Ba-
3. Cu-O, усиленном стальным каркасом. Кроме того, сверхпроводящие магниты позволяют
4. генерировать однородное магнитное поле, а однородность поля важна для работы
5. сверхточных приборов. Сверхпроводники могут вытеснить постоянные магниты в
6. устройствах, где польза от их применения превышает затраты на поддержание
7. сверхпроводимости.
8. Перспективы
9. Сверхпроводимость остается неразгаданной физической головоломкой. Мы не знаем
10. причину сверхпроводимости у многих соединений и не умеем предсказывать, какое из
11. новых соединений будет сверхпроводящим. В научных центрах по всему миру ведется
12. поиск новых сверхпроводников, придумываются объясняющие сверхпроводимость
13. теории, разрабатываются новые сверхпроводящие устройства. Такие исследования
14. проводят ученые из Красноярска [11], Нижнего Новгорода, Москвы и других городов
15. России.
16. Нет сомнений, что использование сверхпроводников в различных устройствах будет
17. постоянно расти. Современные криогенные системы эффективно, без больших затрат
18. энергии, поддерживают необходимые для работы сверхпроводников температуры.
19. Достижения в области сверхпроводимости обеспечивают прогресс в создании
20. термоядерных реакторов, глобальных энергетических сетей и новых электронных
21. элементов.

[1] Сверхпроводимость, http://ru.wikipedia.org/wiki/Сверхпроводимость

[2] Куперовские пары, http://ru.wikipedia.org/wiki/Куперовская_пара

[3] Механизмы сверхпроводимости, http://postnauka.ru/faq/34060

[4] Сверхпроводящий кабель, http://kirensky.ru/ru/pop_sci/scnews/scnews_09062014

[5] Вихри Абрикосова, http://ru.wikipedia.org/wiki/Вихри_Абрикосова

[6] Шапка-невидимка, http://www.membrana.ru/particle/16824

[7] Спинтроника, http://ru.wikipedia.org/wiki/Спинтроника

[8] Левитация в Дрездене, http://www.youtube.com/watch?v=TeS_U9qFg7Y

[9] Левитация в Лондоне, http://www.youtube.com/watch?v=zPqEEZa2Gis

[10] Сверхпроводящий магнит, http://kirensky.ru/ru/pop_sci/scnews/scnews_31072014

[11] Институт физики им. Л.В. Киренского, http://kirensky.ru

Сверхпроводящий магнит — Superconducting magnet

Схема 20 тесла сверхпроводящего магнита с вертикальным отверстием

Сверхпроводящий магнит представляет собой электромагнит изготовлен из катушек сверхпроводящего провода . Они должны быть охлаждены до криогенных температур во время эксплуатации. В своем сверхпроводящем состоянии проволока не имеет электрического сопротивления и , следовательно , могут проводить гораздо большие электрические токи , чем обычные провода, создавая интенсивные магнитные поля. Сверхпроводящие магниты могут производить большие магнитные поля , чем все , но самые сильные не-сверхпроводящие электромагниты и может быть дешевле в эксплуатации , так как энергия не рассеивается в виде тепла в обмотках. Они используются в МРТ машинах в больницах, а также в научной аппаратуре , такие как ЯМР — спектрометры, массы — спектрометры , слитые реакторы и ускорители частиц .

строительство

охлаждение

Во время работы, магнитные обмотки должны быть охлаждены ниже их критической температуры , температура , при которой намоточные изменениях материала от нормального резистивного состояния и становится сверхпроводник . Два типа охлаждающих режимов обычно используется для поддержания магнитных обмоток при температурах , достаточных для поддержания сверхпроводимости:

с жидкостным охлаждением

Жидкий гелий используется в качестве хладагента для большинства сверхпроводящих обмоток, даже те , с критическими температурами значительно выше ее точки кипения 4,2 К. Это происходит потому , что чем ниже температура, тем лучше сверхпроводящие обмотки работой тем выше токи и магнитные поля , они могут стоять без возвращения их несверхпроводящего состояния.

Магнит и охлаждающая жидкость содержатся в термически изолированном контейнере ( Дьюар ) называются криостат . Для того, чтобы держать гелий от выкипания, криостат обычно строятся с внешней оболочкой , содержащей (значительно дешевле) жидким азотом при 77 К.

В качестве альтернативы, теплозащитного экран из проводящего материала и поддерживается в диапазоне температур 40 К-60 К, охлаждаемой проводящие соединения с криокулером холодной головки, помещают вокруг гелия судна , чтобы держать подвод тепла к последнему на приемлемом уровне.

Одна из целей поиска высокотемпературных сверхпроводников является создание магнитов , которые могут быть охлаждаемый жидким азотом в одиночку. При температурах выше примерно на 20 K охлаждения может быть достигнуто без кипения от криогенных жидкостей.

Механическое охлаждение

В связи с увеличением стоимости и доступностью сокращающейся жидкого гелия, многие сверхпроводящие системы охлаждаются с помощью двухстадийного механического охлаждения. В общем случае используется два типа механических криокулеров , которые имеют достаточную мощность охлаждения для поддержания магнитов ниже их критической температуры.

Гиффорд-McMahon криокулера был коммерчески доступен с 1960 — х годов и нашел широкое применение. Цикла регенератора ГМ в криокулере работает с использованием поршневого типа буйка и теплообменника. В качестве альтернативы, 1999 стал первым коммерческое применение с использованием импульсной трубки криокулера .

Такая конструкция криокулера становится все более распространенной в связи с низким уровнем вибрации и длительным интервалом обслуживания в конструкции импульсной трубки использует акустический процесс вместо механического перемещения.

Типичный для двух стадий холодильников на первом этапе будет предлагать больше мощности охлаждения , но при более высокой температуре ≈77 K со второй стадией будучи в ≈4.2 К и