Сверхпроводник с охлаждением внутреннего типа

.Фонера и977, с. 459. щади поперечн нала равно 30 поперечного с ения сост 1 лощади с(72) Наофуми Тада, Хироши Ки ураХизанао Огата (.1 Р)(54)(57) СВЕРХПРОВОДНИК С ОХЛАЖДЕНИЕМ ВНУТРЕННЕГО ТИПА, содержащийдва параллельных сверхпроводящих провода и канал для охлаждения, проходящий вдоль сверхпроводящих проводов, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения эффективности охлаждения, в него введены расположенные друг над другом и между сверхпроводящими проводами два усиливающих элемента и стабилизатор, причем стабилизатор расположен между усиливающими элементами, при этом канал для охлаждения проходит внутри стабилизатора, внутренняя поверхность которого снабжена ребрами, имеющимиоострый угол 30 , а отношение длиЯ ны поперечного сечения внутренней для охлаждения к плого сечения этого ка 40 см , а площадьчения канала для охвляет 4-227. от полерхпроводника.Изобретение относится к сверхпронодникам, более конкретно к с сверхпроводникам с охлаждением внутреннего типа, и может быть ис пользовано в имеющих большие размеры, создающих сильные магнитные поля сверхпроводящих катушках,Целью изобретения является повышение эффективности охлаждения.0 стабильности сверхпроводника с охлаждением внутреннего типа можно судить по тому, является или нет параметр стабилизации К, выражаемый(9меньшим, чем 0,8.Здесь- удельное электрическое со 20противление (Ом см) стабилизирующего материала,ток проводимости (А)сверхпроводника,А - площадь сечения (см ) ста -билизирующего материала,Р - длина периферии канала (см)- интенсивность теплоотдачи(Вт/смград),Т - температура (град) параи 30проводника,ТВ - температура (град) охладителя.Предположим теперь, что условиянагрева сверхпроводника (числительв выражении (1) , тип сверхпроводника и состояние охладителя являются неизменными, отчего справедливосоотношение 1 "1/Р 1 и стабилизированное состояние может быть достигнуто путем увеличения Р 11, Что каса 40ется интенсивности теплоотдачив случае использования в качествеохладителя сверхкритического гелия,то желательно, чтобы площадь сечения канала охладителя была малой,а периферическая длина - большой.С другой стороны, в случае сверхпроводника с охлаждением внутреннего типа, когда течение охладителясоздается нагнетанием, потеря давления на единицу длины сверхпровод 1 ика выражаетсяр 1,25(2)где Р - разность давлений;1 - длина проводника,Соответственно, когда площадь сечения канала охладителя становится малой, потеря давления охладителя становится большой и необходимоуменьшить длину канала охладителя, В итоге, описанное исследование приводит к тому, что площадь сечения канала охладителя может оказаться равной минимальной величине, допустимой с точки зрения длины канала охладителя, и что периферическая длина канала может быть увеличена с увеличением сечения в наибольшей степени. Для увеличения периферической длины канала увеличивают периферическую длину стенки канала охладителя, находящуюся в контакте с охладителем.При рассмотрении имеющей большие размеры, создающей сильные магнитные поля сверхпроводящей катушки ток проводимости сверхпроводника этой катушки равен нескольким десяткам килоампер, и он превращается в конструкцию проводника, которая включает в себя не только композитный сверхпроводящий провод, способный проводить такой ток, но также стабилизирующий материал,усиливающий элемент и т.д, Соответственно, хотя площадь сечения канала охладителя, занимаемая в полном сечении сверхпроводника, может изменяться в зависимости от названных условий, необходимо,чтобы отношение полной периферической длины стенки канала охладителя, находящейся в контакте с охладителем, к полной площади площади сечения канала охладителя было большим некоторого значения (30-ч 0 см ) так как, если это отношение меньше такого значения, стабилизация имеющей большие размеры, создающей сильные магнитные поля сверхпроводя щей катушки становится затруднитель. ной, Верхний предел отношения полной периферической длины стенки канала охладителя, находящейся н контакте с охладителем, к полной площади сечения канала охладителя определяется технологией изготовления проводника и длиной канала охладителя. Нижним предельным значе. нием отношения площади сечения канала охладителя к площали сечениясверхпроводника с точки зрения длины канала охладителя, имеющей боль5 10 15 шие размеры, создающей сильные магнитные поля сверхпроводящей катушки, является значение 47. Когдаэто отношение больше, чем 227сечение проводника должно бытьбольшим, что приводит к уменьшениюплотности тока катушки.На фиг. 1 показан разрез сверхпроводника с охлаждением внутреннего типа по изобретению, вариантна фиг. 2 - то же, второй вариант,на фиг, 3 - график зависимостеймежду параметром стабилизации (с)и отношениями периферической длиныканала охладителя к площади сеченияканала охладителя у сверхпроводников с различными значениями отношения площади сечения канала охладителя к площади сечения сверхпроводника, на Фиг. 4 - график зависимостей между длиной канала охладителя и отношениями периферическойдлины канала охладителя к площадисечения канала охладителя у сверхпроводников с различными значениямиотношения площади сечения каналаохладителя к площади сечения сверхпроводника,На фиг. 1 показан спроектированный и изготовленный сверхпроводник,Размеры поперечного сечения егоравны: ширина 46 и высота 21 мм,критический ток сверхпроводника40 кА при магнитной индукции 12 Тли температуре 5 К (К обозначает, абсолютную температуру),Согласно фиг. 1 сверхпроводниквключает в себя пару содержащихтри-ниобий-олово (ИЪ 8 п) композитных сверхпроводящих проводников 2,покрытых стабилизирующим материалом,например медью, алюминием и т,дстабилизатор 3 и пару усиливающихэлементов 4. Стабилизатор 3, выполненный из меди, алюминия или другихподобных материалов, снабжен в центральной части поперечного сеченияканалом и охладителя. Канал 4 охладителя имеет волнообразную Формубоковой стенки и снабжен множеством ребер высотой 2 мм при угле заоострения 30 . Усиливающий элемент5 выполнен из нержавеющей стали,покрытой теплопроводным материалом6, например медью или другим подобным материалом. Пара усиливающихэлементов 5 соединена со стабилизатором 3 пайкой серебряным прицо 25 30 35 40 45 50 55 ем или электронно-лучевой сваркой,чтобы можно было сохранить высокуютеплопроводность. Узел с.табилизатора и усиливающих элементов соединяется с парой композитных сверхпроводящих проводов 2 пайкой серебряным припоем, электронно-лучевойсваркой нли другим подобным способом, чтобы можно было сохранить высокую теплопроводность. Отношение площади сечения канала охладителяк полной площади сечения сверхпроводника 1 равно 8,37, а отношение периферической длины стенки каналаохладителя, находящейся в контакте с окладителем, к площади сеченияканала охладителя равно 26,4 см . Затем исследуется стабильность втом случае, когда сверхкритическийгелий при температуре 5 К под давлением 8 ат нагнетается через каналохладителя описываемого сверхпроводника с расходом 5 г/с, а через наро"проводниковую часть пропускается токкатушки силой 20 кА. В результатеописанный параметр стабилизациистановится равным 0,75, и сверхпроводник стабилизируется. Потеря давления в канале охладителя при этомсоставляет 2,6 ат при длине канала31 О м. Сверхкритическое состояниеудовлетворительно поддерживалосьдаже в выходной части канала, и приемлемое значение длины канала создается для имеющей большие размерысверхпроводящей катушки. При этомплотность тока всего проводника,включая канал охладителя, равнаг41,4 А/мм при магнитной индукции2 Тл и может быть высокой для сверхпроводников такого вида,На фиг, 2 представлен сверх-проводник, в котором канал охладителя представляет собой большоечисло составляющих параллельныхканалов. Размеры поперечного сеченияи параметры сверхпроводника 1 являются такими же, как и в описанном варианте и включает в себя не-сколько содержащих МЬ Бп композитных сверхпроводящих проводов 2,каждый из которых покрыт стабилизирующим материалом, несколько стабилизаторов 3, каждый из которыхснабжен каналом охладителя 4, и несколько усиливающих элементов 5,покрытых теплопроводным материалом6. Стабилизатор 4 и пара усиливаю 5цих злементов 5 с тенлопроводным материалом 6, расположенных на противоположных сторонах, соединены пайкой серебряным припоем, электронно-лучевой сваркой ипи другим подобным способом - с целью образования узла 7, Узел 7 располагается между парой содержащих % 8 п композитных3сверхпроводящих проводов 2 и соединяется с ними тем же способом, какой указывался.Так как сверхпроводник 1 разделен на несколько частей, (канал охладителя разделен на четыре элемента), то периферическая длина канала охладителя 4, находящаяся в контакте со стенкой 8 канала, больше сечения канала охладителя 4. Внутренняя поверхность стенки канала 8 снабжена неровностями, име ющими радиус 0,5 мм. Б результате доля площади сечения канала охлади - теля 4, занимаемая в полном сечении проводника 1, равна 6,27., а отношение полной периферической длины стенки 8 канала охладителя, находящейся в контакте с охладителем, к площади сечения канала охладите-ля 4 равно 33,5 см , При исследовании стабильности снерхпроводника 1 в условиях описанного варианта параметр стабилизации сь равен 0,57, при этом сверхпроводник 1 более стабилен, чем описанный, и потеря давления в канале охладителя 4 равна 2,9 ат при длине канала 500 м, Сверх .критическое состояние удовлетворительно поддерживается даже в выходной части канала, и приемлемое значение длины канала создается для имеющей большие размеры сверхпроводящей катанки. Когда условия ч 9208стабилизации аналогичны описанномуварианту, плотность ток всегосверхпроводника 1, включая каналыохладителя 4 ранна 46,6 А/мм пригмагнитной индукции 12 Тл, т.е,больше, чем в сверхпроводнике Затем применительно к ниобийоловянному (ИЬ Бп) сверхпроводнику, О который имел те же размеры поперечного сечения, что и описанные дваварианта, исследуют площадь сечения канала охладителя, его периферическую длину, находящуюся в кон такте со стенкой канала, стабильность сверхпроводника и потерю давления в канале охладителя.Площади сечения ниобий-оловянных(МЬ Бп) композитных сверхпроводящих 2 б проводов и усиливающих элементоввыдерживаются постоянными, а увеличение или уменьшение площади сече"ния канала охладителя создают путемувеличения или уменьшения площади 25 сечения стабилизирующего материала.Размеры поперечного сечения указанных сверхпроводников, материалкомпозитного сверхпроводящего провода, площадь поперечного сечения уо усиливающего элемента, параметрысверхпроводника, состояние охладителя и т,д, остаются неизменными.Однако даже тогда, когда численныезначения и параметры этих сверхпроводников увеличиваются, что создает сильные магнитные поля, указанные эффекты существенно не снижаются,Изобретение относится также и кдругим сверхпроводящим материалам,например ванадий-галлиевым и ниобийтитановым,199208 оставитель В.Кручинкинехред Т,Фанта Корректор В.Бутяга Редактор М.Келеме б 78рственного комите обретений и откры 35, Раушская наб. аказ 7741 б длиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул,. Проектная ТиражВНИИПИ Госуд по делам и 35, Москва, Ж