Superledende magneter

En superledende magnet er en elektromagnet, hvis vikling har egenskaben som en superleder. Som i enhver elektromagnet genereres magnetfeltet her af jævnstrøm, der strømmer gennem viklingstråden. Men da strømmen i dette tilfælde passerer ikke gennem en almindelig kobberleder, men gennem en superleder, vil de aktive tab i en sådan anordning være ekstremt små.

Som superledere for magneter af denne type fungerer superledere af den anden art næsten altid, det vil sige dem, i hvilke afhængigheden af ​​magnetisk induktion af styrken af ​​det langsgående magnetfelt er ikke-lineær.

For at en superledende magnet skal begynde at vise sine egenskaber, er almindelige forhold ikke nok - den skal bringes til en lav temperatur, som i princippet kan opnås på forskellige måder. Den klassiske måde er denne: Enheden placeres i et Dewar-kar med flydende helium, og Dewar-karret med flydende helium placeres inde i et andet Dewar-kar med flydende nitrogen, så flydende helium fordampes så lavt som muligt.

Som et reelt eksempel på en kraftfuld superledende magnet kan vi bruge Large Hadron Collider (LHC) magnet, hvor vi ved hjælp af den stærkeste magnetfelt det er nødvendigt at holde protoner med høj energi flyvende med en utrolig hastighed på en bestemt bane inde i en udvidet underjordisk tunnel.

1232 enorme elektromagneter, der hver vejer ca. 30 ton og har en længde på 15 meter, er installeret i LHC's tunnel efter hinanden. Protonstråler passerer her gennem tynde rør, og disse rør passerer bare inden i dipolmagneter, hvis induktionsstørrelse reguleres i området fra 0,54 til 8,3 T.

De superledende egenskaber hos magneter på LHC opnås ved hjælp af en speciel superledende ledning: hver magnetisk dipol indeholder en individuel superledende spole viklet med et niobium-titan-kabel, og selve kablet er sammensat af de tyndeste ledninger med en diameter på 6 mikron.

Hovedprocessen er, at niobium-titan er en lavtemperatur-superleder, så temperaturen, der kræves for at opretholde den nominelle superledningsevne af sådanne viklinger, er her kun 1,9 K (lavere end temperaturen i baggrunden mikrobølgestråling i det ydre rum).

LHC-magnetkølesystemet fungerer takket være flydende helium, som konstant er i bevægelse. 97 tons flydende helium er placeret inde i en speciel skal, hvor overfladigheden af ​​dette kølevæske opnås under et vist tryk.

Direkte afkøling af flydende helium sker under påvirkning af 10.000 tons flydende nitrogen. Køleprocessen udføres i to trin: en fryser af konventionel type afkøler først helium til 4,5 K, og derefter afkøles den yderligere, men allerede under reduceret tryk. Al denne handling tager cirka en måned.

Når betingelserne med hensyn til temperatur er sikret, tænder drejningen af ​​enorme strømme ind. På LHC når magnetsforsyningsstrømmen 12.000 ampere. Samtidig forbruges strøm, svarende til den, der står for strømforsyningen i hele byen Genève. Den elektriske energi pr. Superledende magnet er ca. 10 MJ.

Superledende magneter bruges også i NMR-tomografer og spektrometre, i magnetiske pubertog, i termonukleare reaktorer og i mange andre eksperimentelle installationer, f.eks. forbundet med levitation.

En interessant kendsgerning: svage diamagnetiske felter har praktisk talt ikke nogen konkret effekt på diamagnetik, men når det kommer til stærke magnetiske felter genereret af superledende magneter, ændres billedet her markant.Kulstof, der trænger ind i organiske genstande og levende organismer, er en diamagnet, så en levende frø kan svæve i et magnetfelt med en induktion på 16 T.