Пленочный составной втсп магнитный экран

 

Изобретение относится к криоэлектронике и может быть использовано для экранирования магнитных полей. Предложенный пленочный составной ВТСП магнитный экран содержит диэлектрическое основание и пленочное ВТСП покрытие. При этом экран состоит из плоских диэлектрических колец, покрытых ВТСП пленкой, обеспечивающих на внутренней поверхности экрана наличие дополнительных контуров с экранирующим током. Кроме того, площадь указанных контуров пропорциональна ширине указанного кольца и толщине ВТСП пленки. В результате повышается качество магнитного экрана, увеличивается максимальное экранируемое магнитное поле. 2 ил.

Изобретение относится к криоэлектронике и может быть использовано для экранирования магнитных полей.

Известны магнитные ВТСП экраны, представляющие собой толстостенный цилиндр или сферу из ВТСП керамики [1].

Недостатком указанных устройств является низкая эффективность использования ВТСП материала, плохие массогабаритные характеристики. Известно, что максимальная величина экранируемого магнитного поля определяется величиной замкнутого критического тока в сверхпроводнике, т.е. она пропорциональна площади поперечного сечения и плотности критического тока сверхпроводника. Плотность критического тока в поверхностном слое или пленочном покрытии много больше, чем в объеме ВТСП образца (для лучших образцов соответственно 106 A/см2 и 104 A/см2) [2]. Таким образом, для объемных экранов эффективно работает только поверхностный слой.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является магнитный ВТСП экран, состоящий из диэлектрического основания и пленочного ВТСП покрытия [3] . В этом случае пленочное ВТСП покрытие имеет высокую плотность критического тока, ВТСП материал используется эффективно, масса и габариты экранов меньше, чем для объемного экрана.

Недостатком такого экрана является ограничение величины максимального экранируемого магнитного поля вследствие ограниченной толщины ВТСП покрытия.

Техническим результатом изобретения является повышение качества магнитного экрана, увеличение максимального экранируемого магнитного поля путем создания дополнительных внутренних пленочных сверхпроводящих контуров-колец.

Указанный технический результат достигается тем, что пленочный ВТСП магнитный экран состоит из плоских диэлектрических колец, покрытых ВТСП пленкой. Кольца соединяются в корпусе или склеиваются, образуя экран (цилиндр, стакан с дном или сферу). Эффективность экрана, максимальное экранируемое поле Вmo может быть оценено с помощью известной формулы для витка с током Iкр Bmo = k0Iкр (1) где k - коэффициент, учитывающий форму витка, 0 - магнитная постоянная, Iкр - критический ток в сверхпроводнике.

С учетом площади поперечного сечения S0 и величины плотности критического тока iкp можно записать Bmo = k0iкрS0 (2) Площадь поперечного сечения витка у обычного пленочного экрана пропорциональна длине образующей 1 и толщине пленки d (фиг.1) S0=ld (3) Заявляемое устройство имеет дополнительные контуры, площадь которых S пропорциональна ширине а кольца и толщине пленки d (фиг.2) S=nad, (4)
где n - число колец.

Для такого экрана максимально экранируемое поле Bm1 будет больше на Bm за счет дополнительного тока
Bm1=Bmo+Bm (5)
Анализ конструкции предлагаемого технического решения показывает, что можно выполнить условие

для тонких колец.

Тогда из вышеизложенного следует, что
Bm1>Bmo, (7)
т.е. заявленное техническое решение обладает большей эффективностью, чем прототип.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявленное устройство отличается тем, что экран является составным и обладает дополнительными внутренними поверхностями-контурами с экранирующим током. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого технического решения с другими техническими решениями показывает, что пленочные составные магнитные экраны с дополнительными экранирующими контурами авторам не известны. Кроме того, совокупность существенных признаков, состоящая из составной конструкции экрана и дополнительных пленочных экранируемых контуров в совокупности с ограничительными признаками, позволяет обнаружить у предлагаемого устройства иные, в отличие от известных решений свойства, к числу которых можно отнести:
- возможность сборки из колец экранов такой длины, которую обычным путем получить нельзя, вследствие аппаратных ограничений;
- возможность контроля качества колец до их сборки в экран;
- возможность отбора колец для экрана под конкретное магнитное поле.

Таким образом, иные, в отличие от известных технических решений свойства, присущие предложенной конструкции эффективного пленочного магнитного ВТСП экрана, доказывают наличие существенных отличий, направленных на достижение технического результата.

На фиг.1 приведен чертеж магнитного экрана в разрезе. На фиг.2 приведен чертеж кольца в разрезе.

Эффективный пленочный магнитный ВТСП экран состоит из дна 1 и колец 2 (фиг. 1). Дно и кольца представляют собой диэлектрическую подложку 3 с нанесенной на нее ВТСП пленкой 4.

Предлагаемое устройство было реализовано следующим образом.

Из керамического порошка MgO методом прессования и последующего спекания были изготовлены кольца (D=30 мм, а=10 мм, h=2 мм и дно (D=30 мм). На поверхность дна и колец по толстопленочной ВТСП технологии наносят ВТСП покрытие (d= 50 мкм) Bi2Sr2Ca1Cu1Ci2O8, после чего экран собирали (1=100 мм) и помещали в кожух (не показан). Экран с датчиком внутри помещали в регулируемое магнитное поле.

Заявленное устройство работает следующим образом.

В магнитном поле в сверхпроводниковых участках экрана наводится ток, экранирующий внешнее магнитное поле. В данной конструкции этот ток больше за счет дополнительных колец. При достижении максимального внешнего поля ток достигал критического значения, и сверхпроводимость исчезала.

Величина индукции максимального поля составила 125 мТл, тогда как у контрольного экрана, имеющего конструкцию прототипа, эта величина 25 мТл, что подтверждает достижение технического результата. Использование предложенного технического решения позволит значительно увеличить индукцию экранируемого магнитного поля, практически не увеличивая массогабаритные показатели за счет эффективного использования материала в ТСП.

Источники информации
1. Лаппо И. С. и др. Технология и свойства магнитных ВТСП экранов //Получение, свойства и анализ высокотемпературных сверхпроводящих материалов и изделий - Екатеринбург: УР.ОАН СССР, 1991.с.94-97.

2. Физические свойства ВТСП. Т.2-М.: ВНК "Базис", 1991. - с. 148-187.

3. Гершензон М. Е., Тарасов М.А. Высокотемпературные сверхпроводники и приборы на их основе//Итоги науки и техники. Сер.Электроника. - М. ВИНИТИ, 1990. т.26 - с.38-75.

4. Воронцов В.И. Формирование из отдельных частей методами динамического прессования длинномерных магнитных ВТСП экранов// Получение, свойства ианализ высокотемпратурных сверхпроводящих материалов и изделий - Екатеринбург: УР.ОАНСССР, 1991. - с.64-69.


Формула изобретения

Пленочный составной ВТСП магнитный экран, содержащий диэлектрическое основание и пленочное ВТСП покрытие, отличающийся тем, что экран состоит из плоских диэлектрических колец, покрытых ВТСП пленкой, обеспечивающих на внутренней поверхности экрана наличие дополнительных контуров с экранирующим током, при этом площадь указанных контуров пропорциональна ширине указанного кольца и толщине ВТСП пленки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике

Изобретение относится к области электротехники, а именно к сверхпроводящей обмотке трансформатора, и может быть использовано в энергетике, связанной с криогенной электротехникой

Изобретение относится к области электротехники, а именно к сверхпроводящим проводам круглого сечения для переменных токов, и может быть использовано в криогенной электротехнике

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при изготовлении сверхпроводящих магнитных систем для генерации стационарных магнитных полей

Изобретение относится к электрофизике, а более конкретно - к области сверхсильных импульсных магнитных систем, используемых в физике твердого тела и физике высоких энергий

Изобретение относится к сверхпроводящим магнитным катушкам, может быть использовано в качестве индуктивного накопителя энергии

Изобретение относится к сверхпроводящей катушке, в которой увеличена стабильность плотно намотанной сверхпроводящей обмотки и повышена устойчивость к подавлению сверхпроводимости

Изобретение относится к сверхпроводящему проволочному материалу, предназначенному для сильноточных устройств, применяемых в термоядерных реакторах, накопителях энергии и иных подобных устройствах

Изобретение относится к области криогенной электротехники, в частности к конструкции сверхпроводящей обмотки электромагнитных устройств

Изобретение относится к области прикладной сверхпроводимости и может быть использовано при изготовлении механически нагруженных сверхпроводящих обмоток с напряжением проводника больше 100 МПа при работе, а также сверхпроводящих обмоток и устройств, работающих в переменных режимах, например сверхпроводящих магнитов для ускорителей заряженных частиц и сверхпроводящих индуктивных накопителей энергии

Изобретение относится к высоковольтным ускорителям заряженных частиц и используется в качестве источника ионизирующего излучения для радиационно-химических процессов

Изобретение относится к электрофизике, к области сверхсильных импульсных магнитных систем, используемых в разгонных устройствах транспортных устройств, физике твердого тела и физике высоких энергий

Изобретение относится к области прикладной сверхпроводимости и может быть использовано для изготовления сверхпроводников при сильно механически нагруженных сверхпроводящих обмоток (с напряжением проводника больше 100 МПа при работе), а также для сверхпроводящих обмоток и устройств, работающих в переменных режимах, например сверхпроводящих индуктивных накопителей энергии, дипольных и квадрупольных магнитов для ускорителей заряженных частиц

Изобретение относится к электротехнике, к сверхпроводящим электромагнитам для их переключения в режим незатухающего тока с использованием съемного токопровода

Изобретение относится к области способов изменения количества энергии в магнитных катушках и к области устройств для их реализации

Изобретение относится к области прикладной сверхпроводимости и может быть использовано при изготовлении сверхпроводников для сильно механически нагруженных сверхпроводящих обмоток, работающих в переменных режимах, например сверхпроводящих индуктивных накопителей энергии, дипольных и квадрупольных магнитов для ускорителей заряженных частиц

Изобретение относится к области сверхпроводящей техники, в частности к катушечным обмоткам

Изобретение относится к области электротехники, в частности к теплостабилизированным сверхпроводникам на основе соединения Nb3Sn и способах их изготовления

Изобретение относится к электротехнике
Наверх