АссистентНовый вопросИсторияОбласти знаний
Партнёрские проектыСпецпроектыСтать автором
Сменить язык
О РУВИКИ

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.

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

Сверхпроводящие материалы приобретают сверхпроводящие свойства только при низких температурах, поэтому сверхпроводящий магнит помещают в сосуд Дьюара, заполненный жидким гелием, который, в свою очередь, помещён 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[2].

Самым крупным на 2014 год является сверхпроводящий магнит, используемый в центральной части детектора CMS Большого адронного коллайдера[3][4].

Применение

Сверхпроводящие магниты используются в ЯМР-томографах (ЯМР — ядерный магнитный резонанс)[5] и в ЯМР-спектрометрах с сильным полем.

Подобные магниты используются и в поездах на магнитной подушке[6].

В ITER используются сверхпроводящие магниты, охлаждаемые жидким гелием[7].

Сверхпроводящий магнит является частью установки «Эксперимент с левитирующим диполем» (The Levitated Dipole eXperiment — LDX[8])[9].

Ускоритель «Нуклотрон» создан на основе сверхпроводящих магнитов, предложенной и разработанной в Лаборатории высоких энергий, которая в настоящее время носит имена академиков В. И. Векслера и А. М. Балдина[10].

27 апреля 2007 года в туннеле Большого адронного коллайдера (БАК) был установлен последний сверхпроводящий магнит[11]. В 2010 году именно сверхпроводящие магниты, а точнее качество их электрических контактов, были причиной невывода коллайдера на проектную энергию 7 ТэВ[12]. Всего на БАКе используется 1232 сверхпроводящих дипольных магнитов. Они порождают магнитное поле с индукцией вплоть до 8,2 Тл[13]. В конце 2024 года в Дубне был запущен NICA (Nuclotron-based Ion Collider fAcility), сверхпроводящий коллайдер протонов и тяжёлых ионов, ключевым элементом ускорителя которого стал сверхпроводящий магнит.

Сверхпроводящие магниты используются в сверхмощных турбогенераторах КГТ-20 и КГТ-1000 на основе сверхпроводимости [14], [15], и при разработке сверхпроводящих электрических машин.

СПИН (сверхпроводящий индуктивный накопитель)

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[16].

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).

Примечания

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. — Москва: Мир, 1976. — 704 с.
  • Сверхпроводящие соленоиды / Алексеевский Н. Е.. — Москва: Мир, 1965. — 287 с.
  • Зенкевич В. Б., Сычев В. В. Магнитные системы на сверхпроводниках. — Москва: Наука, 1972. — 260 с.
  • Альтов В. А., Зенкевич В. Б., Кремлев М. Г., Сычев В. В. Стабилизация сверхпроводящих магнитных систем. — Москва: Энергия, 1975. — 328 с.
  • Антонов Ю. Ф. , Данилевич Я.Б. Криотурбогенератор КТГ-20 : опыт создания и проблемы сверхпроводникового электромашиностроения. — Москва: 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. — Москва: Энергия, 1985. — 405 с.
  • Кремлёв М. Г. Сверхпроводящие магниты, «Успехи физических наук», 1967, т. 93, вып. 4.
  • Черноплеков Н. А. Сверхпроводящие материалы в современной технике // «Природа», 1979.— № 4.

Ссылки