Süper iletken mıknatıslar

Süperiletken mıknatıs, sargısı süperiletken özelliğine sahip bir elektromıknatıstır. Herhangi bir elektromıknatısta olduğu gibi, manyetik alan burada sarma telinden akan doğru akım ile üretilir. Ancak akım bu durumda sıradan bir bakır iletkenten değil, bir süperiletkenden geçtiğinden, böyle bir cihazdaki aktif kayıplar çok küçük olacaktır.

Bu tip mıknatıslar için süperiletkenler olarak, ikinci tür süperiletkenler hemen hemen her zaman hareket eder, yani manyetik indüksiyonun uzunlamasına manyetik alanın gücüne bağımlılığının doğrusal olmadığı.

Süper iletken bir mıknatısın özelliklerini göstermeye başlaması için, sıradan koşullar yeterli değildir - prensipte çeşitli şekillerde elde edilebilen düşük bir sıcaklığa getirilmelidir. Klasik yol şudur: cihaz sıvı helyumlu bir Dewar kabına yerleştirilir ve sıvı helyumlu Dewar kabı, sıvı azot ile başka bir Dewar kabının içine yerleştirilir, böylece sıvı helyum mümkün olduğunca düşük buharlaşır.

Güçlü bir süper iletken mıknatısın gerçek bir örneği olarak, en güçlü olanı kullanarak Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC) mıknatısını kullanabiliriz. manyetik alan yüksek enerjili protonların genişletilmiş bir yeraltı tüneli içindeki belirli bir yörüngede inanılmaz bir hızda uçmasını sağlamak gerekir.

Her biri yaklaşık 30 ton ağırlığında ve 15 metre uzunluğunda 1232 büyük elektromıknatıs, LHC'nin tüneline birbiri ardına yerleştirilmiştir. Proton ışınları burada ince tüplerden geçer ve bu tüpler sadece indüksiyonu büyüklüğü 0.54 ila 8.3 T arasında ayarlanan dipol mıknatıslarından geçer.

LHC'deki mıknatısların süper iletken özellikleri, özel bir süper iletken tel kullanılarak elde edilir: her manyetik dipol, bir niyobyum-titanyum kablo ile sarılmış ayrı bir süper iletken bobin içerir ve kablonun kendisi, 6 mikron çapında en ince tellerden oluşur.

Sonuç olarak, niyobyum-titanyum düşük sıcaklıklı bir süperiletken olduğundan, bu tür sargıların nominal süperiletkenliğini korumak için gereken sıcaklık burada sadece 1.9 K'dır (dış mekandaki arka plan mikrodalga radyasyonunun sıcaklığından daha düşük).

LHC mıknatıslı soğutma sistemi, sürekli hareket halinde olan sıvı helyum sayesinde çalışır. 97 ton sıvı helyum, bu soğutucunun aşırı akışkanlığının belirli bir basınç altında elde edildiği özel bir kabuk içine yerleştirilmiştir.

Sıvı helyumun doğrudan soğutulması 10.000 ton sıvı azotun etkisi altında gerçekleşir. Soğutma işlemi iki aşamada gerçekleştirilir: geleneksel tip bir dondurucu önce helyumu 4.5K'ya soğutur ve daha sonra ek olarak soğutulur, ancak zaten düşük basınç altında. Tüm bu eylem yaklaşık bir ay sürer.

Sıcaklık ile ilgili koşullar sağlandığında, büyük akımların dönüşü başlar. LHC'de, mıknatısların besleme akımı 12.000 ampere ulaşır. Aynı zamanda, tüm Cenevre şehrinin güç kaynağını oluşturan güçle karşılaştırılabilir şekilde güç tüketilir. Süper iletken mıknatıs başına elektrik enerjisi yaklaşık 10 MJ'dir.

Süperiletken mıknatıslar ayrıca NMR tomograflarında ve spektrometrelerinde, manyetik yastıklama trenlerinde, termonükleer reaktörlerde ve diğer birçok deneysel kurulumda, örneğin kullanılır. havaya yükselme ile ilişkili.

İlginç bir gerçek: zayıf diyamanyetik alanların pratik olarak diyamanyetikler üzerinde somut bir etkisi yoktur, ancak süper iletken mıknatısların ürettiği güçlü manyetik alanlar söz konusu olduğunda, burada resim önemli ölçüde değişir.Organik nesnelere ve canlı organizmalara giren karbon bir diamagnettir, bu yüzden canlı bir kurbağa manyetik alanda 16 T indüksiyonla yükselebilir.