مغناطيس فائق التوصيل

المغناطيس الفائق التوصيل هو مغنطيس كهربائي له خاصية الموصل الفائق. كما هو الحال في أي مغنطيس كهربائي ، يتم إنشاء المجال المغناطيسي هنا عن طريق التدفق المباشر عبر سلك اللف. ولكن بما أن التيار يمر في هذه الحالة ليس من خلال موصل نحاس عادي ، ولكن من خلال موصل فائق ، فإن الخسائر النشطة في مثل هذا الجهاز ستكون صغيرة للغاية.

بما أن الموصلات الفائقة للمغناطيس من هذا النوع ، فإن الموصلات الفائقة من النوع الثاني تعمل دائمًا تقريبًا ، أي تلك التي يكون فيها اعتماد الحث المغنطيسي على قوة المجال المغناطيسي الطولي غير خطي.

من أجل أن يبدأ المغناطيس الفائق التوصيل بإظهار خصائصه ، فإن الظروف العادية لا تكفي - يجب أن تصل إلى درجة حرارة منخفضة ، والتي يمكن تحقيقها من حيث المبدأ بطرق مختلفة. الطريقة الكلاسيكية هي: يتم وضع الجهاز في وعاء ديوار مع الهيليوم السائل ، وتوضع السفينة ديوار مع الهيليوم السائل نفسه داخل وعاء ديوار آخر ، مع النيتروجين السائل ، بحيث يتبخر الهيليوم السائل في أدنى مستوى ممكن.

كمثال حقيقي على مغناطيس قوي موصل فائق ، يمكننا استخدام المغناطيس الكبير Hadron Collider (LHC) ، والذي ، باستخدام أقوى المجال المغناطيسي من الضروري تعليق البروتونات عالية الطاقة بسرعة لا تصدق على مسار معين داخل نفق ممتد تحت الأرض.

تم تركيب 1232 مغنطيسًا كهربائيًا ضخمًا ، يبلغ وزن كل منها حوالي 30 طنًا ، ويبلغ طولها 15 مترًا ، في نفق LHC واحدًا تلو الآخر. يتم تمرير عوارض البروتون عبر أنابيب رقيقة هنا ، وهذه الأنابيب تمر فقط داخل مغنطيس ثنائي القطب ، حيث يتم تنظيم حجم تحريضها في النطاق من 0.54 إلى 8.3 T.

يتم تحقيق خصائص الموصلية الفائقة للمغناطيس على LHC باستخدام سلك موصل فائق خاص: يحتوي كل ثنائي القطب المغنطيسي على لفائف فائق التوصيل فائق التوصيل بكبل تيتانيوم من النيوبيوم ، ويتكون الكبل نفسه من أنحف الأسلاك التي يبلغ قطرها 6 ميكرون.

خلاصة القول هي أن النيوبيوم - تيتانيوم هو موصل فائق درجات الحرارة المنخفضة ، وبالتالي فإن درجة الحرارة المطلوبة للحفاظ على الموصلية الفائقة الاسمية لمثل هذه اللفات هي 1.9 كيلو متر فقط (أقل من درجة حرارة إشعاع الميكروويف في الخلفية في الفضاء الخارجي).

يعمل نظام التبريد بالمغناطيس LHC بفضل الهيليوم السائل ، الذي يعمل باستمرار. يوجد 97 طن من الهيليوم السائل داخل قشرة خاصة ، حيث تتحقق السوائل الفائقة لهذا المبرد تحت ضغط معين.

يحدث التبريد المباشر للهيليوم السائل تحت تأثير 10000 طن من النيتروجين السائل. يتم تنفيذ عملية التبريد على مرحلتين: يقوم المبرد من النوع التقليدي أولاً بتبريد الهيليوم إلى 4.5 كيلو متر ، ثم يتم تبريده بشكل إضافي ، لكن بالفعل تحت ضغط مخفض. كل هذا الإجراء يستغرق حوالي شهر.

عندما يتم ضمان الظروف المتعلقة درجة الحرارة ، وبدوره التيارات الضخمة مجموعة في. في LHC ، يصل التيار الكهربائي للمغناطيس إلى 12000 أمبير. في الوقت نفسه ، يتم استهلاك الطاقة ، مقارنةً بما تم حسابه بواسطة مصدر الطاقة لمدينة جنيف بأكملها. تبلغ الطاقة الكهربائية لكل مغناطيس فائق التوصيل حوالي 10 ميجا جول.

تستخدم مغناطيس الموصلات الفائقة أيضًا في التصوير المقطعي بالرنين المغناطيسي والأطياف ، في قطارات الوسادة المغناطيسية ، في المفاعلات النووية الحرارية ، وفي العديد من المنشآت التجريبية الأخرى ، على سبيل المثال يرتبط الرفع.

حقيقة مثيرة للاهتمام: الحقول المغناطيسية الضعيفة من الناحية العملية لا يكون لها أي تأثير ملموس على المغنطيسات ، ولكن عندما يتعلق الأمر بالمجالات المغناطيسية القوية الناتجة عن مغناطيسات التوصيل الفائقة ، فإن الصورة هنا تتغير بشكل كبير.الكربون يدخل الكائنات العضوية والكائنات الحية هو diamagnet ، لذلك الضفدع الحي يمكن أن ترتفع في مجال مغناطيسي مع تحريض 16 T.