Сверхпроводящий магнит

Схема сверхпроводящего магнита в 20 Т в Лос-Аламосской лаборатории

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].

Images.png Внешние изображения
Image-silk.png Сверхпроводящий магнит в разрезе[2]

Сверхпроводящий магнит приобретает свои сверхпроводящие свойства только при низких температурах, поэтому его помещают в сосуд Дьюара, заполненный жидким гелием, который в свою очередь помещен в сосуд Дьюара с жидким азотом (чтобы минимизировать испарение жидкого гелия).

Силы, действующие на диамагнитные объекты от обычного магнита, слишком слабы, однако в сильных магнитных полях сверхпроводящих магнитов диамагнитные материалы, например кусочки свинца, могут пари́ть, а поскольку углерод и вода являются веществами диамагнитными, в мощном 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 высокопольных ЯМР-спектрометрах[2].

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

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

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

Ускоритель «Нуклотрон» создан на основе технологии 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 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 вплоть до 8,2 Т[14].

Одним из преспективных применений сверхпроводящих магнитов является сверхъемкие 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].

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. 1 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 September 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. jinr.ru. Дата обращения 23 февраля 2018.
  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

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

Ссылки