Способ электродинамической обработки сверхпроводящего магнита из провода

 

СПОСОБ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО МАГНИТА из провода, стабилизированного нормальным металлом, заключающийся в пропускании, по обмотке импульсов тока с амплитудным значением, превышающим значение рабочего тока, о т л ич ающийся тем, что, с целью уменьшения трудоемкости изготовления и расхода хладагента, улучшения рабочих характеристик сверхпроводящего магнита и уменьшения расхода сверхпроводящего материала, магнит охлаждают до температуры жидкого азота , затем пропускают по обмотке им пульс тока в течение промежутка мени, не менее времени релаксации механических напряжений в магните. г

„„SU „„124775

СОЮЗ СОВЕТСНИХ .СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИМ

4(5Н Н 01 F 5 08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3542383/24-07 (22) 12;01.83 (46) 30.06.85. Бюл. У 24 (72) О.П.Анашкин, В.Е.Кейлин, А.В.Кривых и Е.С.Миронов (53) 537.312.62 (088.8) (56) Ressenzahl W.V. "А proposal

to reduce training in вар rconducting со ls cryogenics", ч. 19, Ф 10, 1980, р. 599.

2. Алексеев В.П., Алешин В.Ф., Васильев А.А., Гребень Л.И., Левандовский В.Т., Миронов Е.С., Попокин Л.А. Разработка и исследование прецизионных сверхпроводящих дипольных магнитов. — Труды Х Международной конференции по ускорителям заряженных частиц высоких энергий.

Протвино, июнь, 1977. (54) (57) СПОСОБ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО МАГНИТА из провода, стабилизированного нормальным металлом, заключающийся в пропускании. по обмотке импульсов-то- . ка с амплитудным значением, превышающим значение рабочего тока, о т л и.ч а ю шийся тем, что, с целью уменьшения трудоемкости изготовления

- и расхода хладагента, улучшения рабочих характеристик сверхпроводящего магнита и уменьшения расхода сверхпроводящего материала, магнит охлаждают до температуры жидкого азота, затем пропускают по обмотке импульс тока в течение промежутка вре- «> мени, не менее времени релаксации механических напряжений в магните.

24775

35

40 с

S5

1 11

Изобретение относится к области электротехники, в частности к области создания сверхпроводящих магнитов, и может быть использовано при изготовлении нестационарно стабилизированных сверхпроводящих обмоток для сепараторов, линейных ускорителей, лабораторных соленоидов, токамаков и т.п.

Известен способ обработки сверхпроводящего магнита, заключающийся в охлаждении обмотки до температуры ниже 4,2 К и пропускании по обмотке тока выше критического тока магнита при 4,2 К (1).

Недостатком данного способа является отсутствие зачастую эффекта уменьшения деградации, т.е. получение неустойчивых рабочих характеристик, а следовательно, невозможность уменьшения расхода сверхпроводящего материала, а также увеличение трудозатрат и количества хладагента в процессе понижения температуры жидкого гелия.

Известен также способ электродинамической обработки сверхпроводящего магнита из провода, стабилизированного нормальным. металлом, заключающийся в пропускании по обмотке импульсов тока с амплитудным значением, превышающим значение рабочего тока j2) .

Данный способ по своей технической сути и достигаемому результату является наиболее близким к описывае. мому изобретению.

Недостатками его являются повышенная трудоемкость, обусловленная необходимостью повторного охлаждения обмотки до сверхпроводящего состояния после электродинамической обмотки и связанный с этим повышенный . расход хладагента, недостаточно хорошие рабочие характеристики сверкпроводящего магнита, заключающейся в невозможности в полной мере воспроизвести оптимальное распределение механических напряжений в материале обмотки, в связи с чем магнит переходит в нормальное состояние при меньших относительно расчетного значениях тока, возникает деградация, а также необходимость .как мера борьбы с механическими напряжениями и деградацией токонесущей способнос ти дополнительного вложения в обмотку сверхпроводящего материала.

Цель изобретения — уменьшение трудоемкости изготовления и расхода хладагента, улучшение рабочих характеристик сверхпроводящего магнита и уменьшение расхода сверхпроводящего материала.

Это достигается тем, что в способе электродинамической обработки сверхпроводящего магнита из провода, стабилизированного нормальным металлом, заключающемся в пропускании по обмотке импульсов тока с амплитудным значением, превышающим значение рабочего тока, магнит охлаждают до температуры жидкого азота, затем пропускают по обмотке импульс тока в течение промежутка времени, не менее времени релаксации механических напряжений в магните, На фиг. 1 — результаты испытания сверхпроводящего магнита в виде достигнутой плотности пондеромоторной сийы, а также величины токов при импульсных нагружениях в азотной ванне (пунктирная линия обозначает отогрев до комнатной температуры), на фиг. 2 — зависимость напряженности магнитного поля от тока в соленоиде в точке максимального поля, а также в центре и характеристика короткого образца сверхпроводника.

Испытуемый образец сверхпроводящего магнита в жидком гелии показал, что деградация тока в нем составляет около ЗОБ (см,например, позиции испытаний 1-5 на фиг.1). Первое импульсное нагружение быпо произведено (для исключения влияния металлических стенок гелиевого криостата) в сосуде из диэлектрика в жидком азоте, причем емкость и напряжение конденсаторной батареи были такими, что не обеспечивали амплитудного значения тока выше критического в связи с увеличением сопротивления обмотки при разогреве (импульсный ток составил 2420 А, критический ток — 2580 А). Такая обработка не изменила характеристик магнита (см.например, позиции испытаний

6-16 на фиг.1), При повторном импульсном нагружении емкость и напряжение батареи конденсаторов подби рались такими, чтобы импульсный ток в магните превосходил критический ток сверхпроводника (2740 А при критическом токе 2580 А), время превы- шения током критического значения при этом составило 50 мс. Результаты сверхпроводящих испытаний магнита (испытания 17-22 на фиг. 1) показали отсутствие какой-либо деградации (критический ток обмотки оказался равным критическому току короткого образца сверхпроводника). На фиг.2 изображена характеристика короткого образца сверхпроводника 23 и зависимость напряженности поля в центре соленоида 24 и íà его обмотке 25 от величины тока.

Время превышения импульсом рабочего значения тока сверхпроводящего магнита должно быть больше времени релаксации механических напряжений в магните, которое связано с температурой магнита выражением 0=(Gxp—

gr > где — время релаксации, Т вЂ” температура магнита, А,со- постоянные материала магнита, k — постоянная

Больцмана, причем время превышения импульсом рабочего значения тока сверхпроводящего магнита ограничено сопротивлением магнита и параметрами источника тока.

Температура вблизи температуры кипения жидкого азота (77,36 К) является оптимальной, так как при снижении температуры, например, до

20 К время релаксации механических напряжений увеличивается в десятки раз. С другой стороны, при повышении температуры электрическое сопротивле ние обмотки резко возрастает. Например, при 100 К сопротивление увели-. чивается в два раза, декремент затухания уменьшается в 2 раза. В обо" их случаях при постоянной емкости источника импульсного тока требуется увеличение напряжения, что представляет в данном случае труднопреодолимую техническую проблему, несмотря на использование емкостного источника с максимальной запасенной энергией 3 МДж. Тепловые возмущения, которые в данном случае являются причиной тренировки и деградации, воз1124775 4 никают в обмотке магнита в целом на границах слоев, поэтому материал сверхпроводящего провода не влияет на режимы обработки. Важным является

5 лишь наличие в проводе стабилизирующего нормального металла, желательно с низким сопротивлением, дпя возможности пропустить импульс тока в резистивном состоянии.

При этом не требуется специального гелиевого криостата, необходимость в жидком гелии и сложном техническом оборудовании, применяемом при работе с жидким гелием, отпада15 ют, а сосуд, в котором проводится предварительная обработка магнита может быть изготовлен из широкого ассортимента неэлектропроводящих материалов, например из стеклотекстолита, пенопласта и т.д. (Гелиевые криостаты из таких материалов практически отсутствуют). Эпюра механических напряжений в обмотке магнита при этом не изменяется, а время, превышения импульсным током проектного значения может быть легко рассчитано.

Обработанная импульсным нагружением обмотка соленоида обладает. высокими значениями механических напряжений в обмотке (5810 кг/см при расчете по модели свободного витка), которые в несколько раз превышают обычные, при полном отсутствии деградации критического тока. Обмотка запоминает тренировку после повторного захолаживания.

Способ дает возможность получить

4б расчетные значения токов и напряженностей полей. в разрабатываемых сверхпроводящих магнитных системах, позволяет значительно уменьшить коэффициенты запаса, обычно применяемые

4 при расчете сверхпроводящих магни- . тов, и тем самым уменьшить количе, ство сверхпроводника при изготовлении.

l Г . 3 .. 5

Нолряженность магнитного лолр

Фиг. 2

Составитель

Техред М. Пароцай

Редактор Л.Письман

Корректор Г. Решетник

Закаэ 4510/4 Тираж 679 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам и обретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4