Способ электродинамической обработки сверхпроводящего магнита из провода

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 51)Н 011 508 АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ОП ОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ К(54) (57) СПОСОБ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОИ ОБРАБОТКИ СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО МАГНИТА из провода, стабилизированного нормальным металлом, заключающийся в пропусканни. по обмотке импульсов то- . ка с амплитудным значением, превышаю. щим значение рабочего тока, о т л и.ч а ю щ и й с я 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- ф мени, не менее времени релаксации механических напряжений в магните. А ргорояа 1 вцрсгсопдисг;9, Ф 10, 198 пя ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ С10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ(56) КеявепгаЬ 1 Ы,Ч,го геоосе гга 1 пдп 8 1 псод 1 в сгуоцепсв",ч. 1 0р. 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 исследованиепрецизионных сверхпроводящих дипольных магнитов. - Труды Х Международной конференции по ускорителям заряженных частиц высоких энергий.Протвино, июнь, 1977.45 1 11Изобретение 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 2 .Данный способ по своей технической сути и достигаемому результату является наиболее близким к описывае мому изобретению. 5 1 О 15 20 2 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 сверк- проводящего 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 способности дополнительного вложения в обмот. ку сверхпроводящего материала. Цель изобретения - уменьшениетрудоемкости изготовления и расходахладагента, улучшение рабочих характеристик сверхпроводящего магнитаи уменьшение расхода сверхпроводящего материала.Это достигается тем, что в способе электродинамической обработкисверхпроводящего магнита из провода,стабилизированного нормальным металлом, заключающемся в пропускании пообмотке импульсов тока с амплитуднымзначением, превышающим значение рабочего тока, магнит охлаждают дотемпературы жидкого азота, затемпропускают по обмотке импульс токав течение промежутка времени, неменее времени релаксации механических напряжений в магните,На фиг. 1 - результаты испытаниясверхпроводящего магнита в видедостигнутой плотности пондеромоторной сны, а также величины токовпри импульсных нагружениях в азотнойванне (пунктирная линия обозначаетотогрев до комнатной температуры),на фиг, 2 - зависимость напряженности магнитного поля от тока в соленоиде в точке максимального поля, атакже в центре и характеристикакороткого образца сверхпроводника. Испытуемый образец сверхпроводящего магнита в жидком гелии показал, что деградация тока в нем составляет около 307 (см,например, позиции испытаний 1-5 на фиг.1). Первое импульсное нагружение быпо проиэведе. но (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 амплитудногозначения тока выше критического всвязи с увеличением сопротивленияобмотки при разогреве (импульсныйток составил 2420 А, критическийток - 2580 А). Такая обработка неизменила характеристик магнита(см.например, позиции испытаний6-16 на фиг,1), При повторном импульсном нагружении емкость и напряжение батареи конденсаторов подбирались такими, чтобы импульсный токв магните превосходил критическийток сверхпроводника (2740 А при критическом токе 2580 А), время превы-шения током критического значенияпри 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 на 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 о=,ехр -и У где- время релаксации, Т - температура магнита, Ао- постоянные материала магнита, 1 - постоянная Больцмана, причем время превышения импульсом рабочего значения тока сверхпроводящего магнита ограничено сопротивлением магнита и параметрами источника тока.Температура вблизи температуры кипения жидкого азота (77,3 б 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 увеличивается 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, воз 1124775 4никают в обмотке магнита в целомна границах слоев, поэтому материалсверхпроводящего провода не влияетна режимы обработки. Важным является5 лишь наличие в проводе стабилизирующего нормального металла, желательно с низким сопротивлением, дпявозможности пропустить импульс токав резистивном состоянии.10 При этом не требуется специального гелиевого криостата, необходимость в жидком гелии и сложном техническом оборудовании, применяемомпри работе с жидким гелием, отпада ют, а сосуд, в котором проводитсяпредварительная обработка магнитаможет быть изготовлен из широкогоассортимента неэлектропроводящихматериалов, например из стеклотекс толита, пенопласта и т.д. (Гелиевыекриостаты из таких материалов практически отсутствуют). Эпюра механических напряжений в обмотке магнитапри 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 2 прирасчете по модели свободного витка),которые в несколько раз превышаютобычные, при полном отсутствии деградации критического тока. Обмотказапоминает тренировку после повторного захолаживания.Способ дает возможность получить 40 расчетные значения токов и напряженностей полей. в разрабатываемых сверхпроводящих магнитных системах,позволяет значительно уменьшить коэффициенты запаса, обычно применяемые 45 при расчете сверхпроводящих магни- .тов, и тем самым уменьшить количе, ство сверхпроводника при изготовлении.1124775 858 00 Уалряж ость магнитного лЯ оставительехредМ, Пароцай КорректорГ. Решетни ор Л.Письма раж 679твенного комитеретений и открыРауаская наб. акаэ 451 одписно ВНИ ПИ Государс та СССР по делам июоб тий 5, Иосква, Жд4/