Superprevodni magneti

Superprevodni magnet je elektromagnet čije namotavanje ima svojstvo supravodiča. Kao i u bilo kojem elektromagnetu, i ovdje se magnetsko polje generira izravnom strujom koja teče kroz žicu za namatanje. Ali budući da struja u ovom slučaju prolazi ne kroz obični bakreni vodič, već preko supravodiča, aktivni gubici u takvom uređaju bit će izuzetno mali.

Kao superprevodnici za magnete ove vrste gotovo uvijek djeluju superprevodnici druge vrste, to jest oni u kojima ovisnost magnetske indukcije o jačini uzdužnog magnetskog polja nije nelinearna.

Da bi superprevodni magnet počeo pokazivati ​​svoja svojstva, obični uvjeti nisu dovoljni - moraju se dovesti do niske temperature, što se u principu može postići na različite načine. Klasičan način je sljedeći: uređaj se postavlja u Dewar-ovu posudu s tekućim helijem, a sama Dewar-ova posuda s tekućim helijem postavlja se unutar druge posude Dewar-a, s tekućim dušikom, tako da tekući helij isparava što je moguće manje.

Kao pravi primjer moćnog superprevodnog magneta možemo koristiti magnet velikog hadronskog sudarača (LHC), u kojem, koristeći najjači magnetsko polje potrebno je zadržati visokoenergetske protone koji nevjerovatnom brzinom lete na određenoj putanji unutar produženog podzemnog tunela.

U tunelu LHC-a jedan za drugim ugrađeno je 1232 ogromna elektromagneta, svaki težak oko 30 tona, a dužine je 15 metara. Protonske zrake prolaze ovdje kroz tanke cijevi, a ove cijevi samo prolaze unutar dipolnih magneta, čija je jačina indukcije regulirana u rasponu od 0,54 do 8,3 T.

Superprevodna svojstva magneta na LHC postižu se korištenjem posebne superprevodne žice: svaki magnetski dipol sadrži pojedinačni supravodljivi namotaj zamotanog niobijem-titanijevim kabelom, a sam kabel sastoji se od najtanjih žica promjera 6 mikrona.

Dno crta je da je niobij-titan super-provodnik niske temperature, tako da je temperatura potrebna za održavanje nazivne supravodljivosti takvih namotaja ovdje samo 1,9 K (niža od temperature pozadinskog mikrovalnog zračenja u vanjskom prostoru).

LHC magnetski sustav hlađenja djeluje zahvaljujući tekućem heliju, koji je neprestano u pokretu. 97 tona tekućeg helija smješteno je unutar posebne školjke u kojoj se pod određenim pritiskom postiže suvišna tekućina ovog rashladnog sredstva.

Izravno hlađenje tekućeg helija događa se pod utjecajem 10 000 tona tekućeg dušika. Postupak hlađenja provodi se u dvije faze: zamrzivač konvencionalnog tipa prvo hladi helij do 4,5 K, a zatim se dodatno hladi, ali već pod smanjenim tlakom. Sve ove akcije traju oko mjesec dana.

Kad se osiguraju uvjeti temperature, započne okretanje ogromnih struja. Na LHC dovodna struja magneta doseže 12 000 ampera. Istodobno se troši električna energija, usporediva s onom za napajanje cijelog grada Ženeve. Električna energija po superprevodnom magnetu iznosi približno 10 MJ.

Superprevodni magneti također se koriste u NMR tomografima i spektrometrima, u vlakovima s magnetskim jastucima, u termonuklearnim reaktorima i u mnogim drugim eksperimentalnim instalacijama, na primjer povezan s levitacijom.

Zanimljiva činjenica: slaba dijamagnetna polja praktički nemaju opipljiv učinak na dijamagnetiku, ali kada je riječ o jakim magnetskim poljima generiranim superprevodnim magnetima, slika se ovdje značajno mijenja.Ugljik koji ulazi u organske predmete i žive organizme je dijamagnet, pa se živa žaba može sipati u magnetskom polju s indukcijom od 16 T.