DE10033869C2

DE10033869C2 - HTS-Kryomagnet und Aufmagnetisierungsverfahren

Info

Publication number: DE10033869C2
Application number: DE10033869A
Authority: DE
Inventors: Michael Sander
Original assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Priority date: 2000-07-12
Filing date: 2000-07-12
Publication date: 2003-07-31
Anticipated expiration: 2020-07-13
Also published as: US6762664B2; WO2002005359A1; US20030062899A1; DE10033869A1; JP2004503115A; EP1299912A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufmagnetisierung ei nes hochtemperatursupraleitenden (HTS-) Kryomagneten und den Aufbau eines Kryomagneten zur Durchführung desselben.

Hochstromtragfähiges HTS-Massivmaterial ist als Kryomagnet zu verwenden, solange es nach der Aufmagnetisierung auf der Be triebstemperatur T unterhalb der Sprungtemperatur T_C, also T < T_C gehalten wird. Dann ist der Kryomagnet in seiner Wirkung wie ein Permanentmagnet. Sein Feld ist im fachlichen Sprachge brauch eingefroren. So sind Felder von < 14 Tesla bereits nach Aufmagnetisierung durch große supraleitende Magnetspulen über das "Field-Cooled"-Verfahren demonstriert worden. Der Vorgang ist im Prinzip folgender:
Der HTS wird im zunächst zeitlich konstanten, äußeren Feld, z. B. einer supraleitenden Spule, auf eine Temperatur T < T_C abgekühlt. Der magnetische Fluß wird bei dieser Temperatur in diesem eingefroren oder eingefangen. Dann wird das äußere Mag netfeld langsam, d. h. auf einer Skala von Minuten und Stunden heruntergefahren, wodurch supraleitende Ströme im HTS indu ziert werden, die das Feld im HTS weitgehend aufrechterhalten und den HTS in seiner Wirkung zum Permanentmagneten, dem Kryo magneten machen.

Die Aufmagnetisierung von hochstromtragfähigem HTS-Formkörpern kann, wenn diese z. B. in einer elektrischen Maschine einge baut sind, nicht mit einer großen supraleitenden Spule erfol gen, sondern muß im eingebauten Zustand über gepulste Aufmag netisierung etwa mit einer Cu-Spule durchgeführt werden. Im Gegensatz zum obigen "Field-Cooled"-Verfahren wird bei diesem sog. "Zero Field-Cooled"-Verfahren der Supraleiter ohne äuße res Feld auf eine Temperatur < T_c abgekühlt und dann einem kur zen Magnetfeldpuls ausgesetzt. Bei hinreichend starken Magnetfeldern kann auch bei diesem Verfahren magnetischer Fluss im Supraleiter eingefroren werden. Dabei kann es sich auch um ein sukzessives Aufmagnetisieren durch mehrfaches Hintereinander pulsen des Aufmagnetisierungsmagneten handeln. Multipuls-Ver fahren mit Pulsdauern von einigen ms haben sich hierfür als vorteilhaft erwiesen, um Magnetfelder von bis zu 3 Tesla ein zufrieren.

Anordnungen von flachen üblichen HTS-Spulen werden in (VII), in andere Form aus (VIII) sowie in (IX) und ähnlich in (VII) skizziert und beschrieben. In (VIII), siehe insbesondere Fig. 5 und 6 darin, wird eine HTS-Spule vorgestellt, bei der die Anschlüsse jeder Windung einzeln zugänglich sind.

Anordnungen aus abwechselnd HTS-Wicklungen und normalleitenden Kupferwicklungen werden in (X und XIV) vorgestellt. Ein schichtartiger Aufbau von supraleitenden Spulen aus verschiedenen Materialien wird in (XII) beschrieben.

Bekannt sind weiter gepulste Aufmagnetisierungsverfahren mit Cu-Spulen ohne eingekoppelte Transport-Strompulse [I, II, II], sowie Formgebungs- und Verbindungstechniken für HTS-Massivma terial [IV], HTS-Ringstrukturen und ihre magnetische Charakte risierung [V] sowie mechanische Verstärkungen, um die durch starke Magnetfelder auf den HTS ausgeübten Kräfte aufzufangen [VI].

Die Sättigungsmagnetisierung eines Formkörpers, d. h. das maxi mal einfrierbare Feld H*, ist durch die Form der Probe und durch deren kritische Stromdichte je bestimmt. Als Faustregel gilt, dass beim "Field-Cooled"-Verfahren das Feld der Spule mindestens 1 × H* entsprechen muß, um die Probe voll aufzumag netisieren. Bei der gepulsten Aufmagnetisierung hingegen, dem "Zero Field-Cooled"-Verfahren, ist hierfür typischerweise ein Magnetfeld der Pulshöhe 2 × H* erforderlich. Ursache hierfür sind die während der ansteigenden Flanke des Aufmagnetisie rungs-Pulses in der Probe induzierten Abschirmströme.

Diese bei der ansteigenden Flanke des Aufmagnetisierungs-Pul ses induzierten Abschirmströme und die mit eingebauten Cu-Spu len ähnlicher Abmessung maximal erreichbaren Pulsfelder von 3 -6 Tesla setzen somit die praktischen Grenzen für die maximal erreichbaren eingefrorenen Felder.

Gelänge es, die induzierten Abschirmströme zu begrenzen, im Idealfall auf Null, dann würde man eine Situation erreichen, die dem "Field-Cooled"-Verfahren vergleichbar wäre. Gelänge es weiterhin, einzelne Segmente des Formkörpers separat aufzumag netisieren, dann würden sich die von den einzelnen Segmenten erzeugten Felder addieren und es wären insgesamt sogar Felder erzielbar, die oberhalb des von der Cu-Spule erzeugten Feldes liegen.

Daraus ergibt sich die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, nämlich ein Aufmagnetisierungsverfahren an einen kryo tauglichen HTS-Magneten zu entwickeln, mit dem hohe magneti sche Felder bei Temperaturen unterhalb der Sprungtemperatur T_c eingefroren werden können, und einen Kryomagneten zu kon struieren, der nach diesem Verfahren wirksam aufmagnetisiert werden kann.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur gepulsten Aufmagneti sierung gemäß Anspruch 1 und gemäß Anspruch 5 gelöst. Das Ver fahren nach Anspruch 1 läuft ohne Einsatz einer im Kryomagne ten eingebauten Kupferspule ab, hingegen wird bei dem Verfah ren nach Anspruch 5 eine solche verwendet.

Zum besseren Verständnis des Verfahrens wird der prinzipielle Aufbau des eigentlichen Kryomagneten zunächst kurz erläutert: Er besteht aus m gestapelten Scheiben, deren jeweiliger Mit telpunkt auf einer Achse liegt. Jede Scheibe selbst besteht aus n kreisring- oder polygonringförmigen Leiterelementen, die zueinander konzentrisch in einer Ebene liegen und n - 1 Ring spalte bilden, wobei m und n natürliche Zahlen ≧ 1 sind. Sie sind aus supraleitendem, genauer aus hochtemperatursupralei tendem Material.

Jedes der n Leiterelemente hat zwei Kontaktstellen, über die es beim Aufmagnetisierungsverfahren unterhalb der tiefsten Sprungtemperatur T_C der verwendeten Supraleitermaterialien bestromt wird.

Beide Verfahren, nach Anspruch 1 und Anspruch 5, werden an ei nem Kryomagneten gemäß dem in Anspruch 13 beschriebenen prin zipiellen Aufbau durchgeführt und derselbe damit aufmagneti siert.

Es wird also jedem der n Leiterelemente über seine beiden Kon taktstellen ein Transportstrompuls I_puls vorgegebener Polarität, Stärke und Pulsform zugeführt. Von einer Kontaktstelle zur an dern eines bestromten Leiterelements teilt sich der Transport strom I_puls in die beiden Teilströme I₁ durch den einen Arm des Leiterelements zur andern Kontaktstelle und I₂ durch den andern Arm des Leiterelements zur andern Kontaktstelle auf. Die bei den Kontaktstellen werden so angeordnet, dass die Länge der Verbindungstrecke zwischen ihnen, d. h. die Länge des kürzeren der beiden Arme, einen Anteil A von maximal 35% am Gesamtum fang des Leiterelementes besitzt. Dadurch stellt sich eine Stromasymmetrie I₁ ≠ I₂ ein. Fortan wird festgelegt, dass der in dem kürzeren der beiden Arme fließende Strom mit I₁ und der in dem längeren der beiden Arme fließende Strom mit I₂ bezeich net sein soll.

Die mn Leiterelemente werden geometrisch so elektrisch mitein ander verbunden, dass der in jedes der n Leiterelemente einge speiste Transportstrompuls I_puls eine solche Polarität besitzt, dass der während der ansteigenden Flanke des Transportstrom pulses I_puls fließende Teilstrom I₁ bezüglich einem vorgegebenen Sinn in allen n Leiterelementen die gleiche Richtung hat. Bei Verwendung mehrerer Scheiben wird der eingespeiste Transports rompuls I_puls so gewählt, dass der während der ansteigenden Flanke des Transportstrompulses I_puls fließende Teilstrom I₁ be züglich einem vorgegebenen Sinn in allen m Scheiben die glei che Richtung hat.

Gemäß Anspruch 2 wird der Transportstrompuls I_puls in allen mn Leiterelementen so eingestellt, dass der zugehörige Maximal wert I_puls,max in jedem Leiterelement gleich ist. Der von allen mn Leiterelementen größte Anteil der Länge des kürzeren Arms am Gesamtumfang der geschlossenen Leiterschleife wird mit A_max bezeichnet. Als kritischer Stromes I_c eines supraleitenden Lei terelementes wird jener Strom bezeichnet, der im Supraleiter einen Spannungsabfall von 10^-6 V/cm erzeugt. Ströme < I_c führen zum Aufbau eines ohmschen Widerstandes im Supraleiter. Der von allen mn Leiterelementen größte kritische Strom wird mit I_c,max und die magnetische Feldstärke, welche von allen m voll auf magnetisierten Scheiben in deren Zentrum erzeugt wird, wird mit H* bezeichnet. Gemäß Anspruch 2 wird damit der Maximalwert I_puls,max des Transportstrompulses I_puls darüber hinaus so einge stellt, dass folgende Bedingung erfüllt ist:

(1 - 2A_max) I_puls,max H*/I_c,max ≧ 2H*.

Nach Anspruch 3 wird die höchste Sättigungsmagnetisierung da durch erreicht, dass durch mehrfache Wiederholung des gepulsten Aufmagnetisierungsprozesses der in den Kryomagneten einge brachte remanente magnetische Fluß schrittweise bis höchstens zur Sättigungsmagnetisierung erhöht wird.

In Anspruch 4 ist beschrieben, dass die Betriebstemperatur T nach jedem Aufmagnetisierungsschritt weiter abgesenkt wird. Dies setzt weiter die abschirmende Wirkung speziell der weiter außen angeordneten Leiterelemente herab und führt dazu, dass während des gesamten Aufmagnetisierungsprozesses im Zentrum des Kryomagneten eine höhere Magnetisierung erreicht wird (vgl. Zitat III).

Zum bisher geschilderten Magnetisierungsverfahren ist kein durch eine im System des Kryomagneten eingebaute Kupferspule erzeugtes äußeres Magnetfeld notwendig.

Eine Variante des Aufmagnetisierens besteht darin, dass ein solches äußeres Magnetfeld dazui verwendet wird. Hierzu ist zu dem System des eigentlichen Kryomagneten nach Anspruch 14 min destens eine Kupferspule notwendig. Die Achse des mit ihr er zeugten äußeren Magnetfelds fällt mit der Achse des nach der Aufmagnetisierung eingefrorenen Magnetfelds zusammen.

Der Kryomagnet wird über die normalleitende Spule einem Mag netfeld-Puls H_puls vorgegebener Polarität, Stärke und Pulsform ausgesetzt, der in den Leiterelementen jeweils einen Ringstrom I_ind induziert. Dieser schirmt während der ansteigenden Puls flanke des Magnetfelds das Leiterelement zumindest teilweise gegen das Eindringen von magnetischem Fluß ab. Nach Erreichen des Maximums H_puls,max kehrt sich die Polarität des induzierten Ringstromes I_ind um.

Dem jeweiligen Leiterelement, wird, wie in den Ansprüchen 1 bis 4 beschrieben, über die eine seiner beiden Kontaktstellen zusätzlich ein Transportstrompuls I_puls vorgegebener Polarität, Stärke und Pulsform zugeführt, der sich bei Eintritt in das Leiterelement in zwei Teilströme aufteilt.

Polarität, Stärke, Pulsform und zeitliche Aufeinanderfolge der beiden Pulse I_puls und H_puls werden so gewählt, dass ihr Zusam menwirken zu einer Stromverteilung I₁ ≠ I₂ in den beiden Armen des ringförmigen Leiterelements führt. Dabei wird im folgenden der Teilstrom, der aus dem Zusammenwirken der beiden Ströme I_puls und I_ind resultiert und die gleiche Polarität besitzt wie der während der ansteigenden Magnetpuls-Flanke induzierte Ringstrom I_ind, mit I₁ bezeichnet. Dieser Teilstrom I₁ ist wäh rend der ansteigenden Magnetpuls-Flanke größer als der Teil strom I₂, der im andern Arm des ringförmigen Leiterelements fließt.

Weiter werden der Magnetfeldpuls H_puls und der Transportstrom puls I_puls so gewählt, dass während eines zeitlichen Intervalls innerhalb des gesamten Pulsintervalls mindesten der Teilstrom I₁ in die Nähe des kritischen Stromes I_c des jeweiligen Leiter elements kommt oder diesen übersteigt. Dadurch wird ein höhe rer ohmscher Widerstand aufgebaut, der im jeweiligen gesamten Leiterelement den maximal fließenden Strom begrenzt und damit die abschirmende Wirkung des während der ansteigenden Puls phase induzierten Ringstromes I_ind herabsetzt. Das hat zur Folge, dass der magnetische Fluß in die Leiterschleife ver stärkt eindringt und nach Abklingen der beiden Pulse I_puls und H_puls ein supraleitender Dauerstrom in der Leiterschleife weiter fließt. So wird eine höhere remanente Magnetisierung erzielt als mit der alleinigen Applikation des Magnetfeldimpulses H_puls.

Hinsichtlich des Transportstrompulses I_puls werden dieselben Verhältnisse wie bei der Aufmagnetisierung ohne äußeres Mag netfeld eingestellt, d. h. das Magnetfeld H_puls und die in die mn Leiterelemente eingespeisten Transportstrompulse I_puls werden so gewählt, dass der während der ansteigenden Flanke des Transportstrompulses I_puls fließende größere Teilstrom I₁ in al len mn Leiterelementen und damit in allen m Scheiben die glei che Richtung hat.

Die Asymmetrie in der Aufteilung der Ströme I₁ und I₂ in einem Leiterelement wird durch unterschiedliche Armlängen gesteuert. Die Polarität des Strompulses I_puls wird so gewählt, dass wäh rend der ansteigenden Flanke des Strompulses I_puls der größere Teilstrom I₁ in dem kürzeren Arm fließt (Anspruch 6).

Nach Anspruch 7 wird der Transportstrompuls I_puls in allen mn Leiterelementen aller m Scheiben einerseits so eingestellt, das der zugehörige Maximalwert I_puls,max in jedem Leiterelement gleich ist. Der Maximalwert H_puls,max des Magnetfeldpulses H_puls, der Maximalwert I_puls,max des Strompulses I_puls, der von allen Leiterelementen größte Anteil A_max der Länge des kürzeren Arms am Gesamtumfang der geschlossenen Leiterschleife, der von al len mn Leiterelementen größte kritische Strom I_c,max und die magnetische Feldstärke H*, welche von allen m voll aufmagneti sierten Scheiben in deren Zentrum erzeugt wird, werden so ge wählt, dass folgende Bedingungen eingehalten werden:

I_puls,max < 2I_c,max und

H_puls,max + (1 - A_max) I_puls,max H*/I_c,max ≧ 2H*.

Alternativ können für eine vorteilhafte Aufmagnetisierung auch Bedingungen nach Anspruch 8 gewählt werden. Hierbei wird der Transportstrompuls I_puls in allen mn Leiterelementen aller m Scheiben so eingestellt, das der zugehörige Maximalwert I_puls,max in jedem Leiterelement gleich ist. Der Maximalwert des Magnet feldpulses H_puls,max, der Maximalwert des Strompulses I_puls,max, der von allen Leiterelementen größte Anteil A_max der Länge des kür zeren Arms am Gesamtumfang der geschlossenen Leiterschleife, der von allen Leiterelementen größte kritische Strom I_c,max und die magnetische Feldstärke H*, welche von allen m voll aufmag netisierten Scheiben in deren Zentrum erzeugt wird, werden dann so eingestellt, dass folgende Bedingungen erfüllt sind:

I_puls,max ≧ 2I_c,max und

2H_puls,max + (1 - 2A_max) I_puls,max H*/I_c,max ≧ 2H*.

Anspruch 9 beschreibt, dass die n Leiterelemente einer der m Scheiben mit mindestens einer Kupferspule elektrisch hinter einander geschaltet werden. Dadurch wird ermöglicht, dass der gepulste Spulenstrom oder ein Teil des Spulenstroms zugleich auch als Transportstrompuls I_puls in allen n Leiterelementen verwendet werden kann. Je nach Dimensionierung der Kupferspule und des Leiterquerschnitts der n Leiterelemente kann es dabei erforderlich sein, keine zu hohen Transportstrompulse I_puls ein zusetzen und deshalb nur einen Teil des gesamten Spulenstromes in die Leiterelemente einzuspeisen.

Anspruch 10 beschreibt, dass die m Scheiben elektrisch hinter einander geschaltet werden, wodurch der gepulste Spulenstrom oder ein Teil des Spulenstroms als Transportstrompuls I_puls in allen m Scheiben fließt.

Nach Anspruch 11 wird der Magnetfeldpuls H_puls und der Trans portstrompuls I_puls, durch Entladung eines Kondensators in die Spulenanordnung erzeugt. Über einen elektronischen, hinrei chend schnellen Schalter, wie einen Thyristor oder Leistungs transistor, wird der Schwingkreis aus Induktivität und Kapazi tät zum vorgegebenen Zeitpunkt aufgetrennt. Dadurch wird nur die erste Hälfte der sich bildenden Eigenschwingung zur Auf magnetisierung benutzt und ein Ausschwingen unterbunden.

Wie in Anspruch 3 beschrieben, wird jetzt in Anspruch 12 die mehrfache Wiederholung des gepulsten Aufmagnetisierungsprozesses vorgestellt, mit der der in den Kryomagneten eingebrachte remanente magnetische Fluß schrittweise bis höchstens zur Sät tigungsmagnetisierung erhöht wird.

Entsprechend Anspruch 4 wird bei dieser wiederholten gepulsten Aufmagnetisierung die Betriebstemperatur T nach jedem Aufmag netisierungsschritt weiter abgesenkt (Anspruch 13). Wie in Zi tat III vorgestellt, kann dies auch noch damit kombiniert wer den, dass für die ersten Aufmagnetisierungspulse niedrigere H_puls,max gewählt werden.

Der Kryomagnet, mit dem nur über Bestromung die Aufmagnetisie rung erzielt wird, hat, wie in Anspruch 14 beschrieben, fol genden Aufbau:
m gestapelte Scheiben haben eine gemeinsame Achse. Jede der m Scheiben besteht aus n verschiedenen, konzentrischen, in einer Ebene liegenden, kreisring- oder polygonringförmigen Leiter elementen aus supraleitendem, genauer hochtemperatursupralei tendem Material. m und n sind natürliche, zunächst beliebige Zahlen, jeweils ≧ 1. Der Anwendungsfall wird auf Grund des technischen Anwendungsfalls und der dabei geforderten magneti schen Eigenschaften des Kryomagneten eine Auswahl von m und n nahelegen.

Jedes Leiterelement des Kryomagneten hat für die Bestromung desselben zwei Kontaktstellen. Die mn Leiterelemente bestehen aus der Klasse der sogenannten SE₁Ba₂Cu₃O_x Hochtemperatur-Supra leiter, kurz 123-HTS. SE steht für das chemische Element Y oder ein Seltene Erde Metall oder einer Mischung aus diesen. Jedem Leiterelement können die Stromtragfähikeit erhöhende chemische Additive zugegeben sein. Die kristallographische c- Achse des 123-HTS-Materials jedes der n Leiterelemente einer Scheibe weicht maximal 10 Grad von der Achse der Scheibe ab.

Die Leiterelemente können aus einem oder mehreren 123-HTS- Formkörpern hergestellt sein. Bei Verwendung mehrerer Formkör per sind diese durch supraleitende Verbindungen auf der Basis eines 123-HTS' mit niedrigerer peritektischer Temperatur me chanisch und supraleitend miteinander verbunden. Dabei sind die kristallographischen a-b-Gitterkreuze der 123-HTS- und 123-HTS'-Materialien in der Scheibenebene um maximal 10 Grad gegeneinander verdreht.

Es besteht eine große Vielfalt an elektrischen Verschaltungs möglichkeiten. Z. B. können die mn Leiterelemente jeweils sepa rat an eine Stromquelle angeschlossen sein (Anspruch 15). Oder die n Leiterelemente einer Scheibe sind elektrisch hinterein ander geschaltet mit der Zu- und Rückleitung am äußeren und inneren Ring. Dabei kann die elektrische Verbindung zwischen den Leiterelementen normalleitend oder supraleitend ausgeführt sein kann (Anspruch 16). Bei einem Stapel an Scheiben können dieselben entweder elektrisch separat (Anspruch 17) oder elektrisch in Reihe zueinander liegen (Anspruch 18).

Bis hier her hat der HTS-Kryomagnet noch keine normalleitende Spule zur Erzeugung des äußeren Magnetfelds. Dieser Aufbau wird im folgenden erklärt:
Es ist für den Aufmagnetisierungsprozeß prinzipiell unerheb lich mit welcher Art normalleitender Spule das bewerkstelligt wird, solange die Feldgeometrie des Zusammenfalls von Kryo magnetachse und externer Magnetfeldachse eingehalten wird. Eine Kupferspule ist von den Material- und Herstellungseigen schaften her technisch am besten geeignet.

Hinsichtlich der Art der Spule stehen zwei Formen offen, ein mal das den Kryomagneten, den Stapel aus den m Scheiben, um mantelnde, zumindest teilweise ummantelnde Solenoid (Anspruch 19) und zum andern die ebene Spiralspule aus Kupfer mit maxi mal dem Durchmesser der Scheiben (Anspruch 20).

Ein von der Materialbelastung her nützlicher Aufbau des Kryo magneten ist der, dass sich der HTS-Kryomagnet in einer Matrix bestehend aus Wachs oder Harz oder Epoxid oder einer anderen, für die Kryoanforderungen geeigneten polymeren Kohlenwasser stoff-Verbindung befindet, die bei diesen tiefen Temperaturen noch hinreichend plastische Eigenschaften besitzt. Damit wer den die mit den Magnetfeldern verbundenen mechanischen Span nungen zumindest teilweise aufgefangen und die mechanische Be lastung des HTS-Materials reduziert.

Das hier vorgeschlagene gepulste Aufmagnetisierungsverfahren und der damit zusammenhängende Kryomagnetaufbau zeichnen sich durch folgende Vorteile aus:
Stand der Technik sind massive Formkörper oder auch ringför mige Leiterstrukturen auf der Basis von 123-HTS, welche durch Permanentmagneten, große supraleitende Magnetspulen oder auch gepulste Kupfer-Magnetspulen aufmagnetisiert werden. Durch die erfindungsgemäße direkte Einspeisung von Transportströmen I_puls in die verschiedenen Leiterelemente sind dem gegenüber jetzt höhere eingefrorene magnetische Felder auch mit einer kosten günstigen und platzsparenden gepulsten Aufmagnetisierung er zielbar.

Anhand eines in der Zeichnung skizzierten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung im folgenden verdeutlicht. Die Zeichnung besteht aus den Fig. 1 bis 10 und zeigt:

Fig. 1 die normalleitende Ringverbindung,

Fig. 2 die supraleitende Ringverbindung,

Fig. 3 HTS-Scheiben von einem Solenoid ummantelt,

Fig. 4 HTS-Scheiben von zwei elektrisch parallelen Solenoiden ummantelt,

Fig. 5 HTS-Ringscheiben von einem Solenoid ummantelt,

Fig. 6 abwechselnd HTS-Scheibe und Spiralspule,

Fig. 7 HTS-Scheiben mit dazwischen liegenden Spiralspulen,

Fig. 8 abwechselnd HTS-Ringscheibe mit Spiralspule,

Fig. 9 zeitlicher Verlauf des Strompulses,

Fig. 10 zeitlicher Verlauf des Strompulses und des Magnetpul ses.

Der Kryomagnet wird aus einem HTS-Formkörper hergestellt. Ein zylinderförmiger HTS-Massivkörper wird in Scheiben von hier einer Dicke von d = 3 mm zersägt und diese mit Laser-Schneide- Technik in Ringe, Fig. 1, von hier einer Breite von Δ_r = 2 mm zersägt. Die Maße sind beispielhaft und können nach techni scher Anforderung variieren. Diese Ringe werden in Fig. 1 mit elektrisch normalleitenden Stegen, die elektrisch ein Knoten sind, miteinander verbunden.

Der zur Aufmagnetisierung am äußeren Ring angelegte Strompuls I_puls bewirkt in jedem Ring zwei Teilströme I₁ und I₂, die in dem jeweiligen Ring aus dem eingespeisten Pulsstrom I_puls und gegebenfalls aus dem durch den Magnetfeldpuls H_puls entstehenden Induktionsstrom I_ind resultieren. Die entsprechenden Teilströme in den Ringen sind im allgemeinen verschieden. Nach Abklingen des Impulsstroms I_puls und gegebenenfalls des Magnetfeldimpulses H_puls verbleibt der Ringstrom

I₁ - I₂ < 0 A

als Dauerstrom, der ein Magnetfeld mit gleicher Polarität wie H_puls erzeugt. (In den Fig. 9 und 10 sind beispielhaft sinus ähnliche bzw. sinusförmige Pulsformen von I_puls und H_puls darge stellt.) Über die geometrische Lage der Stege/Knoten (Fig. 1 und 2) kann die Aufteilung in die Teilströme I₁ und I₂ des jeweiligen Rings mit gesteuert werden. Im allgemeinen ist diese Aufteilung asymmetrisch und zudem in den verschiedenen Leiterelementen nicht gleich. Am innersten Ring tritt der Pulsstrom I_puls wieder zur Stromquelle aus. Die Festlegung einer Vorzugsrichtung wird dadurch erreicht, dass die Verbindungs trecke zwischen den Punkten, an denen der Strom ein- bzw. aus gespeißt wird, nur etwa A = 20% (typisch 5-35%) des gesamten Ring-Umfanges beträgt (siehe Fig. 9 und 10).

Eine Variante des bereits beschriebenen Verfahrens zur Aufmag netisierung, die eine separate Ansteuerung der einzelnen Lei terelemente erfordert, ist die folgende:
Unter Verwendung der gepulsten Cu-Spule wird zunächst der in nerste Ring aufmagnetisiert, in den kein Strompuls eingeleitet wird, während durch die in die äußeren Ringe eingeleiteten Transportstrompulse deren abschirmende Wirkung während des ge samten Magnetfeldpulses H_puls herabgesetzt wird. Durch mehrere aufeinander folgende Pulse können so die verschiedenen Ring segmente sukzessive von innen nach außen aufmagnetisiert wer den.

Der Aufbau gemäß Fig. 2 ist dem von Fig. 1 entsprechend. In Fig. 2 bestehen die Stege aus supraleitendem Material, das gleich ist wie das der Ringe, oder aus einem andern besteht. Bei gleichem supraleitendem Material ist die Ringanordnung vorteilhafterweise aufgrund des recht harten Materials mit La serschneidetechnik aus einem Massivkörper, also einer Scheibe gearbeitet, so dass die konzentrische Ringanordnung ein zusam menhängender Körper ist. Die Stromaufteilung in den einzelnen Ringen ist entsprechend dem in Fig. 1 erläuterten.

Ausführungsformen mit Cu-Spule sind zum einen eine Cu-Zylin der-Spule mit dem HTS-Kryomagnet im Inneren (Fig. 3 bis 5) oder sandwichartig angeordnete Cu-Schnecken-/Spiralspulen mit dazwischen angeordneten HTS-Scheiben (Fig. 6 bis 8), die jeweils aus mehreren Ringen bestehen. Diese Variante erleich tert wegen ihres nach innen hin zunehmenden Magnetfeldes eine Aufmagnetisierung der inneren HTS-Ring-Segmente.

In den folgenden Fig. 3 bis 8 sind die verschiedenen Magne tisierungsaufbauten skizziert, die sich als zweckmäßig erwie sen:
Fig. 3 zeigt wegen der Übersichtlichkeit nur drei gestapelte HTS-Scheiben, die einen Aufbau nach Fig. 1 oder 2 haben. Die Scheibenanordnung ist von dem Solenoiden mit Kupferwicklung ummantelt. Die drei HTS-Scheiben und das Solenoid liegen elektrisch in Reihe zueinander, wobei die drei Scheiben auf dem kürzesten Wege elektrisch miteinander verbunden sind und die Verbindungstechnik zwischen den Scheiben normal- oder sup raleitend sein kann.

In Fig. 4 sind fünf HTS-Scheiben gestapelt, die von zwei auf der Figurenachse beieinander liegenden Solenoiden ummantelt sind. Die fünf HTS-Scheiben sind wie in Fig. 3 mit den beiden Solenoiden elektrisch hintereinander geschaltet, allerdings sind die beiden Solenoiden elektrisch parallel zueinander ge schaltet.

Eine geometrisch etwas abgewandelte Form haben die fünf HTS- Scheiben in Fig. 5. Es sind Ringscheiben, so dass jetzt ent lang der Figurenachse ein zylindrischer Hohlraum besteht. Diese fünf Ringscheiben sind von einem entsprechend hohen So lenoiden ummantelt. Die Anordnung ist entsprechend Fig. 5 elektrisch verschaltet.

In den Fig. 6 bis 8 wird der Magnetfeldimpuls H_puls über ebene scheibenförmige Spiralspulen erzeugt. Die Spiralspulen liegen sandwichartig zwischen den HTSL-Scheiben. Aber wie in den Fig. 3 bis 5 fällt auch hier die Magnetfeldachse mit der Figurenachse des jeweiligen Aufbaus zusammen.

In Fig. 6 sind beispielsweise drei HTS-Scheiben und zwei Spi ralspulen gestapelt, und zwar folgen sie abwechselnd aufeinan der. Die HTS-Scheiben und die Spiralspulen haben gleiche Kon tur. Es könnte z. B. aber auch der Aussendurchmesser der Spi ralspulen größer als der der HTS-Scheiben sein, wenn nur da durch eine ausreichend starke Aufmagnetisierung der HTS- Scheibe erzielt werden kann.

In Fig. 7 besteht der Stapel des Aufbaus aus zwei nebeneinan der liegenden Spiralspulen, die zwischen zwei HTS-Scheiben liegen. Die der jeweiligen Spiralspule nächst liegende HTS- Scheibe ist mit dieser elektrisch zu einer Gruppe in Reihe ge schaltet, und beide Gruppen sind elektrisch parallel zueinan der.

Wird entlang der Figuren- und Magnetfeldachse ein Hohlraum be nötigt, dann ist der Aufbau von Fig. 8 geeignet. Die drei HTS-Ringscheiben und die zwei Ringscheibenspulen sind abwech selnd gestapelt und elektrisch alle hintereinander geschaltet.

Die in den Fig. 3 bis 8 angedeuteten Möglichkeiten für ver schiedene Varianten von Reihen- und Paralellschaltungen zwi schen Spulen und HTS-Ringscheiben ermöglichen eine optimale Abstimmung der Spulenströme und der in die Leiterelemente ein gespeisten Strompulse auf den durch den Leiterquerschnitt festgelegten kritischen Strom I_c der Leiterelemente. Dadurch können bei vorgegebener äußerer Beschaltung optimale Effekte zur Aufmagnetisierung wirtschaftlich erzielt werden.

Ein schematischer Stromverlauf des Pulsstromes I_puls und infolge die Aufteilung der Ströme I₁ und I₂ im Ring ist in Fig. 9 in normierter Weise, auf den kritischen Strom I_c des Leiterelemen tes bezogen, dargestellt. Der in den Aufbau eingespeiste Puls strom hat sinusähnlichen Verlauf. Hier erfolgt die Aufmagneti sierung alleine mit dem Strom, also ohne extern angelegtes Magnetfeld H_puls. Der Strom in einem Ring teilt sich in darge stellter Weise auf. Der Strom fließt eine Periodendauer τ, das ist die Zeitdauer vom Beginn des Stromanstiegs bis zum ersten Nulldurchgang. Am ersten Nulldurchgang wird der Schwingkreis aus Energiespeicher (Kondensator/Netzgerät) und Induktivität des Aufbaus elektronisch aufgetrennt

Fig. 10 schließlich zeigt die Aufmagnetisierung mit Puls strom, wie in Fig. 9, und zusätzlichem Magnetfeld. Auch für den sinusförmigen Magnetfeldpulsverlauf wurde eine normierte Darstellung gewählt.

Aus beiden Beispielen ist zu ersehen, dass während der anstei genden Pulsflanke I₁ zunächst deutlich stärker ansteigt als I₂. Ohne zusätzlichen Magnetfeldpuls und damit ohne zusätzlichen induzierten Abschirmstrom I_ind bleibt I₂ immer positiv (gemäß der in den Fig. 1 und 2 angegebenen Festlegungen für Strom richtungen). Mit zusätzlichem Magnetfeldpuls übersteigt zu nächst der induzierte Abschirmstrom I_ind den Anteil von I_puls, der in den längeren Arm des Leiterelementes eingespeist wird d. h. I₂ ist zunächst negativ gemäß der in den Fig. 1 und 2 angegebenen Festlegungen für Stromrichtungen. Sobald I₁ aber I_c übersteigt, wird der weitere Anstieg von I₁ begrenzt. Damit verbunden, nimmt I₂ zu. Gleichzeitig kann in das ringförmig ge schlossene Leiterelement magnetischer Fluss eindringen. In Fig. 9 wird dieser durch den Strom I₂ in dem längeren Arm des Leiterelements aufgebaut, während er in Fig. 10 hauptsächlich durch das externe Magnetfeld erzeugt wird. Während der abfal lenden Pulsflanke versucht nun der Supraleiter, den eingedrun genen magnetischen Fluss in der geschlossenen Leiterschleife einzufrieren. Dies führt schließlich dazu, dass I₁ sein Vorzei chen umkehrt und mit I₁ = -I₂ im Ring ein Ringstrom in positiver I₂-Richtung fließt, wobei dieser Ringstrom etwa I_c entspricht. D. h. der Ring ist in diesen Beispielen vollständig aufmagneti siert.

Je nach gewähltem Magnetisierungsaufbau (Fig. 3 bis 8) und gewählter Beschaltung können auch die Zahlenwerte für die ver schiedenen Ströme, Magnetfelder und Pulsdauern, je nach Anwen dung in entsprechend großen Bereichen gezielt variiert werden. Als Faustregel können aber für den kritischen Strom I_c der Lei terelemente Werte in der Größenordnung von einigen 100 bis ei nigen 1000 A, Magnetfeldstärken H_puls,max im Bereich bis über 5 T und Pulsdauern τ in der Größenordnung von 1 bis 100 ms als ge eignet angesehen werden.

Literaturlegende

I) IEEE TRANSACTIONES ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY, Vol. 9, No. 2, June 1999, pp. 916-919 "Beam Confinement Magnets Based an Single-Grain Y-Ba-Cu-O", A. C. Day et al.;
II) Applied Superconductivity, Vol. 6, Nos. 2-5, pp. 235-246, 1998, "PULSED-FIELD MAGNETIZATION APPLIED TO HIGH-T_C

SUPERCONDUCTORS", U. Mizutani et al.;
III) "Pulsed Magnetization of HTS Bulk Parts at T</77 K", M. Sander et al, Forschungszentrum Karlsruhe GmbH, sowie darin enthaltene Referenzen Supercond. Sci. Technol. 13 (2000) 1-5
IV) Referenz E aus EM 92/99: Shaping Vorabdruck Proc. European Conference an Applied Superconductivity '99, Barcelona 13.-17.9.1999, erscheint in Applied Superconductivity
V) "Properties of Melt-Textured Y123 Ring Structures", H. Claus et al. Workshop on Bulk High Temperature Superconductors and their Applications, 17.-19.5.1999, Argonne National Laboratory . . .
VI) Referenz A aus EM 92/99: Improvement . . . Vorabdruck Proc. European Conference on Applied Superconductivity '99, Barcelona 13.-17.9.1999, erscheint in Applied Superconductivity.
VII) US 5,173,678
VIII) WO 95/08830
IX) US 5,329,225
X) US 5,079,222
XI) US 5,689,223
XII) DE 35 05 284 A1
XIII) DE 38 24 042 A1
XIV) DE 35 32 396 C2

Claims

1. Aufmagnetisieren ohne Cu-Spule:
Verfahren zur gepulsten Aufmagnetisierung eines unterhalb der supraleitenden Sprungtemperatur T_c betriebenen Kryo magneten, bestehend aus:
m entlang einer Achse gestapelten Scheiben, die selbst je weils aus n kreisring- oder polygonringförmigen, zueinander konzentrischen, n - 1 Ringspalte bildenden Leiterelementen aus Supraleitermaterial bestehen, wobei n und m natürliche Zahlen ≧ 1 sind, und
jedes der n Leiterelemente zwei Kontaktstellen hat, über die es bestromt werden kann,
dadurch gekennzeichnet, dass
jedem der mn Leiterelemente über seine eine Kontaktstelle ein Transportstrompuls I_puls vorgegebener Polarität, Stärke und Pulsform zugeführt wird, der sich darin in zwei Teil ströme I₁ durch den einen Arm des Leiterelements zur andern Kontaktstelle und I₂ durch den andern Arm des Leiterele ments zur andern Kontaktstelle aufspaltet,
die Verbindungstrecke zwischen den beiden Kontaktstellen so gehalten wird, dass sie eine Länge A von maximal 35% des gesamten Umfanges des Leiterelementes besitzt, wodurch durch die unterschiedliche Länge der beiden Arme eine Stromasymmetrie I₁ ≠ I₂ hervorgerufen wird,
die mn Leiterelemente geometrisch so elektrisch miteinander verbunden werden, dass der in jedes der n Leiterelemente eingespeiste Transportstrompuls I_puls eine solche Polarität besitzt, dass der während der ansteigenden Flanke des Transportstrompulses I_puls fließende größere Teilstrom I₁ bezüglich einem vorgegebenen Sinn in allen n Leiterelementen die gleiche Richtung hat.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Transportstrompuls I_puls in allen mn Leiterelementen so ein gestellt wird, dass der zugehörige Maximalwert I_puls,max in jedem Leiterelement gleich ist, der Maximalwert I_puls,max des Transportstrompulses I_puls so eingestellt wird, dass der von allen mn Leiterelementen größte Anteil A_max der Länge des kürzeren Arms am Gesamtumfang der geschlossenen Leiter schleife ist, und der von allen Leiterelementen größte kri tische Strom I_c,max und die magnetische Feldstärke H*, welche von allen m voll aufmagnetisierten Scheiben in deren Zent rum erzeugt wird, folgende Bedingungen erfüllen:
(1 - 2A_max) I_puls,max H*/I_c,max ≧ 2H*.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch mehrfache Wiederholung dieses gepulsten Aufmagneti sierungsprozesses der in den Kryomagneten eingebrachte re manente magnetische Fluß schrittweise bis höchstens zur Sättigungsmagnetisierung erhöht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebstemperatur T nach jedem Aufmagnetisierungsschritt weiter abgesenkt wird.

5. Aufmagnetisieren mit Cu-Spule:
Verfahren zur gepulsten Aufmagnetisierung eines unterhalb der supraleitenden Sprungtemperatur T_c betriebenen Kryo magneten, bestehend aus:
m entlang einer Achse gestapelten Scheiben, die selbst je weils aus n kreisring- oder polygonringförmigen, zueinander konzentrischen, n - 1 Ringspalte bildenden Leiterelementen aus Supraleitermaterial bestehen, wobei n und m natürliche Zahlen ≧ 1 sind, jedes der n Leiterelemente zwei Kontakt stellen hat, über die es bestromt werden kann, und
einer normalleitenden Spule, die mit dem Stapel aus den m Scheiben aus jeweils n konzentrischen supraleitenden Ringen zusammengebaut ist, und zwar so, das die Magnetfeldachse der normalleitenden Spule mit der Achse des Scheibenstapels zusammenfällt,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kryomagnet über die nor malleitende Spule einem Magnetfeld-Puls H_puls vorgegebener Polarität, Stärke und Pulsform ausgesetzt wird, der in den Leiterelementen jeweils einen Ringstrom I_ind induziert, wel cher während der ansteigenden Pulsflanke des Magnetfelds das Leiterelement zumindest teilweise gegen das Eindringen von magnetischem Fluß abschirmt und nach Erreichen des Ma ximums H_puls,max seine Polarität umkehrt,
dem jeweiligen Leiterelement über die eine seiner beiden Kontaktstellen zusätzlich ein Transportstrompuls I_puls vor gegebener Polarität, Stärke und Pulsform zugeführt wird, der sich bei Eintritt in das Leiterelement in zwei Teil ströme I₁ und I₂ aufteilt, welche über die beiden Arme des ringförmigen Leiterelements zur zweiten Kontaktstelle flie ßen, und
Polarität, Stärke, Pulsform und zeitliche Aufeinanderfolge der beiden Pulse I_puls und H_puls so gewählt werden, dass ihr Zusammenwirken zu einer Stromverteilung I₁ ≠ I₂ in den bei den Armen des ringförmigen Leiterelements führt, wobei der Teilstrom I₁, der aus dem Zusammenwirken der beiden Ströme I_puls und I_ind resultiert, die gleiche Polarität be sitzt, wie der während der ansteigenden Magnetpuls-Flanke induzierte Ringstrom I_ind, und
während der ansteigenden Magnetpuls-Flanke größer ist als der Teilstrom I₂, der in dem zweiten Arm des ringförmigen Leiterelements fließt,
der Magnetpuls H_puls und der Transportstrompuls I_puls so ge wählt werden, dass während eines zeitlichen Intervalls in nerhalb des gesamten Pulsintervalls mindesten der Teilstrom I₁ in die Nähe des kritischen Stromes I_c des jeweiligen Lei terelements kommt oder diesen übersteigt,
die n Leiterelemente einer Scheibe geometrisch so elekt risch miteinander verbunden werden, dass der in jedes der n Leiterelemente eingespeiste Transportstrompuls I_puls eine solche Polarität besitzt, dass der während der ansteigenden Flanke des Transportstrompulses I_puls fließende größere Teilstrom I₁ bezüglich einem vorgegebenen Sinn in allen n Leiterelementen die gleiche Richtung hat und
das Magnetfeld H_puls und die in die m Scheiben eingespeisten Transportstrompulse I_puls so gewählt werden, dass der wäh rend der ansteigenden Flanke des Transportstrompulses I_puls fließende größere Teilstrom I₁ in allen m Scheiben die gleiche Richtung hat.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Asymmetrie in der Aufteilung der Ströme I₁ und I₂ in einem Leiterelement durch unterschiedliche Armlängen gesteuert wird, und die Polarität des Strompulses I_puls so gewählt wird, dass während der ansteigenden Flanke des Strompulses I_puls der größere Teilstrom I₁ in dem kürzeren Arm fließt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Transportstrompuls I_puls in allen mn Leiterelementen aller m Scheiben so eingestellt wird, das der zugehörige Maximal wert I_puls,max in jedem Leiterelement gleich ist,
der Maximalwert H_puls,max des Magnetfeldpulses H_puls
der Maximalwert I_puls,max des Strompulses I_puls der von allen Leiterelementen größte Anteil A_max der Länge des kürzeren Arms am Gesamtumfang der geschlossenen Leiterschleife,
der von allen mn Leiterelementen größte kritische Strom I_c,max und
die magnetische Feldstärke H*, welche von allen m voll auf magnetisierten Scheiben in deren Zentrum erzeugt wird,
so gewählt werden, dass folgende Bedingungen eingehalten werden:
I_puls,max < 2I_c,max und
H_puls,max + (1 - A_max) I_puls,max H*/I_c,max ≧ 2H*.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Transportstrompuls I_puls in allen mn Leiterelementen aller m Scheiben so eingestellt wird, das der zugehörige Maximal wert I_puls,max in jedem Leiterelement gleich ist,
der Maximalwert des Magnetfeldpulses H_puls,max,
der Maximalwert des Strompulses I_puls,max,
der von allen Leiterelementen größte Anteil A_max der Länge des kürzeren Arms am Gesamtumfang der geschlossenen Leiter schleife,
der von allen Leiterelementen größte kritische Strom I_c,max und
die magnetische Feldstärke H*, welche von allen m voll auf magnetisierten Scheiben in deren Zentrum erzeugt wird,
folgende Bedingungen erfüllen:
I_puls,max ≧ 2I_c,max und
2H_puls,max + (1 - 2A_max) I_puls,max H*/I_c,max ≧ 2H*.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die n Leiterelemente einer der m Scheiben mit mindestens einer Kupferspule elektrisch hin tereinander geschaltet werden, wodurch der gepulste Spulen strom oder ein Teil des Spulenstroms als Transportstrompuls I_puls in allen n Leiterelementen fließt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die m Scheiben elektrisch hintereinander geschaltet werden, wo durch der gepulste Spulenstrom oder ein Teil des Spulen stroms als Transportstrompuls I_puls in allen m Scheiben fließt.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeld-Puls H_puls und der Transportstrompuls I_puls durch Entladung eines Kondensators in die Spulenanord nung erzeugt werden und über einen elektronischen Schalter, wie Thyristor oder Leistungstransistor, der Schwingkreis nur die erste Hälfte der sich bildenden Eigenschwingung zur Aufmagnetisierung aufrechterhalten wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass durch mehrfache Wiederholung dieses gepulsten Aufmagneti sierungsprozesses der in den Kryomagneten eingebrachte re manente magnetische Fluß schrittweise bis höchstens zur Sättigungsmagnetisierung erhöht wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebstemperatur T nach jedem Aufmagnetisierungs schritt weiter abgesenkt wird.

14. Aufbau des Kryomagneten ohne Kupfer:
Kryomagnet auf der Basis eines Formkörpers aus supraleiten dem Material zum Ausführen des Verfahrens zur Aufmagneti sierung,
bestehend aus:
m gestapelten Scheiben, wobei jede Scheibe aus n in einer Ebene liegenden, kreisring- oder polygonringförmigen Lei terelementen (aus supraleitendem Material) besteht und die jeweilige Achse der mn Leiterelemente auf einer Geraden,
der Achse der Anordnung liegen, mit m und n als natürliche Zahlen jeweils ≧ 1,
zwei Kontaktstellen an jedem der mn Leiterelemente, über die das jeweilige Leiterelement bestromt wird,
wobei die mn Leiterelemente aus supraleitendem Material aus der Klasse der sog. SE₁Ba₂Cu₃O_x Hochtemperatur-Supraleiter, 123-HTS - sind, SE steht für das chemische Element Y oder ein Seltene Erde Metall oder einer Mischung aus diesen dem Material die Stromtragfähigkeit erhöhende chemische Ad ditive zugegeben sein können,
die kristallographische c-Achse des 123-HTS-Materials jedes der n Leiterelemente einer Scheibe maximal 10 Grad von der Achse der Scheibe abweicht und
die mn Leiterelemente dabei aus einem oder mehreren 123- HTS-Formkörpern hergestellt sein können, wobei bei Verwen dung mehrerer Formkörper diese durch supraleitende Verbin dungen auf der Basis eines 123-HTS' mit niedrigerer peri tektischer Temperatur mechanisch und supraleitend miteinan der verbunden sind und die kristallographischen a-b-Gitter kreuze der 123-HTS- und 123-HTS'-Materialien in der Schei benebene um maximal 10 Grad gegeneinander verdreht sind.

15. Kryomagnet nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die mn Leiterelemente jeweils separat an eine Stromquelle angeschlossen sind.

16. Kryomagnet nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die n Leiterelemente einer Scheibe elektrisch hintereinan der geschaltet sind, diese elektrische Verbindung normal leitend oder supraleitend ausgeführt sein kann und die Zu leitung am äußeren Leiterelement sowie die Ableitung am in neren oder umgekehrt angeschlossen sind.

17. Kryomagnet nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die m Scheiben elektrisch separat angeschlossen sind.

18. Kryomagnet nach Anspruche 16, dadurch gekennzeichnet, dass die m Scheiben elektrisch in Reihe zueinander liegen.

19. Aufbau des Magneten mit Kupfer:
Kryomagnet nach den Ansprüchen 15 oder 16 oder 17 oder 18,
dadurch gekennzeichnet, dass
der HTS-Kryomagnet mit mindestens einer solenoidförmigen Kupferwicklung derart zusammengebaut ist, dass die jeweili gen Magnetfeldachsen zusammenfallen und der Stapel aus m Scheiben mit mindestens einer Scheibe in mindestens eine Kupferwicklung eingetaucht ist.

20. Kryomagnet nach einem der Ansprüche 15 oder 16 oder 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der HTS-Kryomagnet mit mindestens einer spiralförmigen Kupferspule derart zusam mengebaut ist, dass die jeweiligen Magnetfeldachsen zusam menfallsen und der äußere Durchmesser der Kupferspule höchstens gleich dem Scheibendurchmesser ist, und min destens eine der m Scheiben unmittelbar benachbart ist.

21. Kryomagnet nach Anspruch 15 oder 16 oder 17 oder 18 oder 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass der HTS-Kryomagnet sich in einer Matrix bestehend aus Wachs oder Harz oder Epoxid oder einer anderen, für diesen Anwendungsfall geeig neten polymeren Kohlenwasserstoff-Verbindung befindet, die bei kryogenen Temperaturen noch hinreichend plastische Ei genschaften besitzt, um die mit den Magnetfeldern verbunde nen mechanischen Spannungen zumindest teilweise aufzufan gen.

22. Kryomagnet nach den Ansprüchen 15 bis 21, dadurch gekenn zeichnet, dass die zwei Kontaktstellen zur Zu- und Ablei tung des Transportstromes I_puls an jedem der mn Leiterele mente so angeordnet sind, dass die Länge der zwischen ihnen befindlichen beiden Arme einen Anteil A von maximal 35% des gesamten Umfangs des Leiterelements hat.