Сверхпроводящий магнит

Сверхпроводя́щий магни́т — электромагнит, в котором ток, создающий магнитное поле, протекает в основном по сверхпроводнику, вследствие чего омические потери в обмотке сверхпроводящего магнита весьма малы.

Схема сверхпроводящего магнита в 20 Тл в Лос-Аламосской лаборатории

Сверхпроводники второго рода можно применять на практике как важный элемент в конструкции магнитов для создания постоянных сильных полей[1].

Сверхпроводящий материалы приобретают сверхпроводящие свойства только при низких температурах, поэтому сверхпроводящий магнит помещают в сосуд Дьюара, заполненный жидким гелием, который, в свою очередь, помещен в сосуд Дьюара с жидким азотом (чтобы снизить испарение жидкого гелия).

Для изготовления сверхпроводящих магнитов используются сверхпроводящие провода.

Диамагнетики выталкиваются из сильного постоянного магнитного поля, но эти силы, действующие на диамагнитные объекты от обычного магнита, слишком слабы, однако в сильных магнитных полях сверхпроводящих магнитов диамагнитные материалы, например кусочки свинца или графита могут пари́ть, а поскольку углерод и вода являются веществами диамагнитными, в очень сильном магнитном поле могут пари́ть даже органические объекты, например живые лягушки и мыши[3].

Самым крупным на 2014 год является сверхпроводящий магнит, используемый в центральной части детектора CMS Большого адронного коллайдера[4][5].

Применение

Сверхпроводящие магниты используются в ЯМР-томографах (ЯМР — ядерный магнитный резонанс)[6] и в ЯМР-спектрометрах с сильным полем[2].

Также сверхпроводящие магниты используются в поездах на магнитной подушке[7].

В ITER используются сверхпроводящие магниты, охлаждаемые жидким гелием[8].

Сверхпроводящий магнит является частью установки «Эксперимент с левитирующим диполем» (The Levitated Dipole eXperiment — LDX[9])[10].

Ускоритель «Нуклотрон» создан на основе сверхпроводящих магнитов, предложенной и развитой в Лаборатории высоких энергий, которая в настоящее время носит имя академиков В. И. Векслера и А. М. Балдина[11].

27 апреля 2007 года в туннеле Большого адронного коллайдера (БАК) был установлен последний сверхпроводящий магнит[12]. В 2010 году именно сверхпроводящие магниты, а точнее качество их электрических контактов, были причиной невывода коллайдера на проектную энергию 7 ТэВ[13]. Всего на БАКе используется 1232 сверхпроводящих дипольных магнитов. Они порождают магнитное поле с индукцией вплоть до 8,2 Тл[14].

Одним из перспективных применений сверхпроводящих магнитов является сверхъёмкие накопители энергии. Например, в магнитном поле тороидальной обмотки ТОКАМАКа запасается 600 МДж энергии, или 166 кВт·ч, энергия магнитного поля реактора ITER — 41 ГДж (около 11 тыс. кВт·ч). Сверхпроводящий магнит может хранить накопленную энергию сколь угодно долго[15].

Сверхпроводящие магниты используются в сверхмощных турбогенераторах КГТ-20 и КГТ-1000 на основе сверхпроводимости [16], [17], и при разработке сверхпроводящих электрических машин.


В культуре

В сериале «Южный парк» в эпизоде 1306 «Сосновое дерби» отец Стэна, чтобы помочь ему выиграть гонки похищает из ЦЕРНа сверхпроводящий магнит. Во время заезда машинка внезапно ускоряется и выходит в космос, и при этом достигает так называемой «варп-скорости» (превышает скорость света).

См. также

Примечания
  1. Сверхпроводники ReFeAsO можно использовать для генерации очень сильных магнитных полей • Юрий Ерин • Новости науки на «Элементах» • Физика. elementy.ru. Дата обращения: 27 декабря 2017. Архивировано 9 июля 2014 года.
  2. ЯМР для «чайников», или Десять основных фактов о ядерном магнитном резонансе. elementy.ru. Дата обращения: 27 декабря 2017. Архивировано 19 апреля 2015 года.
  3. Mice Levitated in Lab (англ.) (недоступная ссылка). Livescience.com (9 сентября 2009). Дата обращения: 21 апреля 2012. Архивировано 31 мая 2012 года.
  4. Страница магнита на сайте коллаборации CMS. cern.ch. Дата обращения: 27 декабря 2017. (недоступная ссылка)
  5. Детектор CMS • Устройство Большого адронного коллайдера. elementy.ru. Дата обращения: 27 декабря 2017. Архивировано 11 марта 2010 года.
  6. Глава 4. Техника сверхпроводимости • В. Гинзбург, Е. Андрюшин • Книжный клуб на «Элементах» • Опубликованные отрывки из книг. elementy.ru. Дата обращения: 27 декабря 2017. Архивировано 2 июля 2014 года.
  7. Глава 5. Звезда сверхпроводимости • В. Гинзбург, Е. Андрюшин • Книжный клуб на «Элементах» • Опубликованные отрывки из книг. elementy.ru. Дата обращения: 27 декабря 2017. Архивировано 2 июля 2014 года.
  8. На пути к термоядерной энергетике (ответы на вопросы после лекции). elementy.ru. Дата обращения: 27 декабря 2017. Архивировано 29 июня 2014 года.
  9. The Levitated Dipole eXperiment (недоступная ссылка). mit.edu. Дата обращения: 27 декабря 2017. Архивировано 23 августа 2004 года.
  10. Левитирующий снежок в аду вывернул токамак наизнанку. www.membrana.ru. Дата обращения: 27 декабря 2017. Архивировано 14 апреля 2015 года.
  11. НУКЛОТРОН (недоступная ссылка). jinr.ru. Дата обращения: 23 февраля 2018. Архивировано 31 января 2005 года.
  12. LHC: хронология создания и работы (недоступная ссылка). Элементы.ру. Дата обращения: 14 июня 2014. Архивировано 9 февраля 2014 года.
  13. Руководство ЦЕРНа стоит перед непростым выбором • Игорь Иванов • Новости науки на «Элементах» • LHC, Физика. elementy.ru. Дата обращения: 27 декабря 2017. Архивировано 10 июля 2014 года.
  14. Магнитная система LHC • Устройство Большого адронного коллайдера. elementy.ru. Дата обращения: 27 декабря 2017. Архивировано 24 марта 2010 года.
  15. Сверхпроводящий накопитель электрической энергии :: ПВ.РФ Международный промышленный портал
  16. Глебов, 1981.
  17. Антонов, 2013.

Литература
  • Martin N. Wilson, Superconducting Magnets (Monographs on Cryogenics), Oxford University Press, New edition (1987), ISBN 978-0-19-854810-2.
  • Yukikazu Iwasa, Case Studies in Superconducting Magnets: Design and Operational Issues (Selected Topics in Superconductivity), Kluwer Academic / Plenum Publishers, (Oct 1994), ISBN 978-0-306-44881-2.
  • Habibo Brechna, Superconducting magnet systems, New York, Springer-Verlag New York, Inc., 1973, ISBN 3-540-06103-7, ISBN 0-387-06103-7
  • Van Sciver, S.W.; Marken, K.R. Superconducting magnets above 20 Tesla. Phys. Today 2002, 37,
  • Wang, X.; Gourlay, S.A.; Prestemon, S. Dipole Magnets Above 20 Tesla: Research Needs for a Path via High-Temperature Superconducting REBCO Conductors. Instruments 2019, 3, 62
  • T. Shen and L. Garcia Fajardo, "Superconducting Accelerator Magnets Based on High-Temperature Superconducting Bi-2212 Round Wires," Instruments, vol. 4, no. 2, 2020.
  • P. McIntyre and A. Sattarov, “On the Feasibility of a Tripler Upgrade for LHC,” in Proceedings of the 2005 Particle Accelerator Conference, May 2005,
  • A.McInturff, P.McIntyre, and A. Sattaroy, “50 Tesla superconducting solenoid for fast muon cooling ring,” in (ID: TUPAS049), Proceedings of PAC 2007, Albuquerque, New Mexico, USA, 2007, pp. 1757–1759
  • Брехна, Г. Сверхпроводящие магнитные системы. — М.: Мир, 1976. — 704 с.
  • Сверхпроводящие соленоиды / Алексеевский Н. Е.. — М.: Мир, 1965. — 287 с.
  • Зенкевич В. Б., Сычев В. В. Магнитные системы на сверхпроводниках. — М.: Наука, 1972. — 260 с.
  • Альтов В. А., Зенкевич В. Б., Кремлев М. Г., Сычев В. В. Стабилизация сверхпроводящих магнитных систем. — М.: Энергия, 1975. — 328 с.
  • Антонов Ю. Ф. , Данилевич Я.Б. Криотурбогенератор КТГ-20 : опыт создания и проблемы сверхпроводникового электромашиностроения. — М.: Физматлит, 2013. — 600 с. — ISBN ISBN 978-5-9221-1521-6.
  • Глебов И. А. Турбогенераторы с использованием сверхпроводимости. — Л.: Наука : Ленингр. отд-ние, 1981. — 231 с.
  • Уилсон М. Сверхпроводящие магниты. — М.: Энергия, 1985. — 405 с.
  • Кремлёв М. Г. Сверхпроводящие магниты, “Успехи физических наук”, 1967, т. 93, вып. 4.

Ссылки
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.