DE1590059B1

DE1590059B1 - Supraleiter

Info

Publication number: DE1590059B1
Application number: DE19661590059
Authority: DE
Inventors: Borchert Carl Florian
Original assignee: Avco Corp
Current assignee: Avco Corp
Priority date: 1965-11-26
Filing date: 1966-11-11
Publication date: 1970-06-18
Also published as: US3332047A; CH473492A; SE349686B; GB1152753A

Description

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Die Erfindung betrifft einen zusammengesetzten arbeitet. Es ist jedoch nur eine große Störung not-

Supraleiter in Form eines Bandes aus normal leiten- wendig, um den Betrieb von voll supraleitend auf voll

dem Material mit einem Widerstand bei Raum- normalleitend umzustellen. Danach muß der Strom

temperatur, der nicht wesentlich größer ist als der auf den Wert des Erholungsstromes verringert

von Aluminium bei Raumtemperatur, und mit 5 werden, der von der Temperatur bestimmt wird, die

wenigstens einem supraleitenden, in Längsrichtung vorhanden ist, bevor der supraleitende Betrieb wieder

des Bandes verlaufenden und in das Band einge- erreicht wird,

betteten Leiterelement. Ein stabilisierter Supraleiter sollte einen möglichst

Es ist bekannt, derartige Supraleiter zur Her- geringen spezifischen Widerstand haben, zwischen stellung von supraleitenden Spulen zu verwenden. io dem supraleitenden Material und dem normalen Ma-Ein solcher Leiter soll möglichst »stabilisiert« sein. terial sollte ein guter elektrischer und ein guter Das bedeutet, daß er bei angemessener Kühlung in Wärmekontakt bestehen, und die Ableitung der den supraleitenden Zustand zurückkehrt, der auf eine Wärme vom Leiter sollte ausreichend schnell erStörung folgt, die entweder selbst erzeugt wird, wie folgen, um einen Erholungsstrom zu schaffen, der etwa durch einen Kraftflußstoß, oder durch äußere 15 nicht wesentlich geringer ist als der kritische Strom Einflüsse erzeugt wird, wie etwa durch eine Er- des Leiters.

schütterung, durch schnelle äußere Feldwechsel oder Somit kann der Erholungsstrom eines stabilisierten

durch einen zeitweiligen Überstrom. Diese Rück- Supraleiters als Maß seiner Stabilisierung angesehen

kehr soll erfolgen, ohne daß eine Verringerung des werden. Je näher der Erholungsstrom dem kritischen

Erregerstroms erforderlich ist. 20 Strom ist, um so besser ist die Stabilisierung. Obwohl

Wenn aus irgendeinem Grund in einer Magnet- das tatsächliche Minimumverhältnis des Querschnittsspule, die nur aus einem supraleitenden Draht, also bereiches von normalem Metall zu supraleitendem einem unstabilisierten Supraleiter hergestellt ist, Metall, das notwendig ist, um einen stabilisierten irgendein Teil des Drahtes seine supraleitenden Leiter zu schaffen, nicht endgültig festgestellt worden Eigenschaften verliert und normal leitend wird, wie 25 ist (es hängt von verschiedenen gegenseitig abhängenbeispielsweise, wenn er eine Temperatur oberhalb den Faktoren ab), hat ein Verhältnis von 4:1 an seiner kritischen Temperatur erreicht, oder wenn sein Kupfer und supraleitendem Material sich als günstig kritischer Strom überschritten wird, verhindert der gezeigt, um einen stabilisierten Supraleiter zu dadurch gebildete Widerstand nicht nur die supra- schaffen, bei dem nur die glatten Kanten des Supraleitende Betriebsart, was mindestens eine Betriebs- 30 leiters dem Kühlmittel ausgesetzt sind, und man Stillegung der Spule erfordert, sondern schafft auch nimmt an, daß dieses Verhältnis auf ein Verhältnis Kräfte, die die Spule zerstören können. Eine Spule von 1:1 verringert werden kann,
aus einem stabilisierten Supraleiter weist nicht die Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen obenerwähnten Nachteile auf. Zusätzlich zu obigem Supraleiter der eingangs genannten Gattung zu kann ein stabilisierter Supraleiter, der eine Spule 35 schaffen, der, wenn er zu einer Magnetspule gebildet, einen Strom führen, der im wesentlichen wickelt wird, Kühlkanäle für ein Kühlmittel bildet, gleich dem Maximalstrom ist, den ein kurzes Stück die ausreichend, um den Supraleiter ausreichend zu des Supraleiters im höchsten magnetischen Feld der stabilisieren.
Spule führen kann, ohne normalleitend zu werden. Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß das

Wenn ein zusammengesetzter Leiter kühl genug ist, 40 Band an einer seiner Schmalseiten sich über deren tritt keine Spannung in dem Leiter auf, bis der Breite erstreckende, im Abstand voneinander bekritische Strom erreicht ist; über dem kritischen findliche Vorsprünge aufweist, daß eine elektrisch Strom steigt die Spannung im Leiter nach und nach isolierende Schicht im wesentlichen eine der Breitmit dem Strom. Beim Senken des Stromes ver- selten des Bandes und die Außenseite der Vorschwindet diese Spannung bei dem kritischen 45 Sprünge bedeckt und daß auf der anderen Breitseite Strom. quer über das Band verlaufende, im Abstand von-

Wenn der zusammengesetzte Leiter nicht ange- einander befindliche Abstandsstreifen angeordnet

messen gekühlt wird, ergibt sich ein anderer Zustand. sind. Ein derartiger Leiter läßt sich leicht zu einer

Es sei zunächst der Fall eines unangemessen ge- Spule wickeln; außerdem besitzen die Teile, die die

kühlten, zusammengesetzten Supraleiters in Betracht 5° Kühlkanäle begrenzen, große Oberflächen; auch

gezogen, der keinen Unstabilitäten oder Störungen zeichnet sich eine Spule, die aus einem derartigen

unterliegt. In diesem Falle tritt keine Spannung auf, Leiter hergestellt wird, durch eine besondere mecha-

bis der Strom den kritischen Wert erreicht. An nische Festigkeit aus.

diesem Punkt erscheint eine plötzliche Spannung mit In den F i g. 1 bis 3 der Zeichnungen ist der dem Auftreten eines ziemlich großen Widerstandes im 55 Gegenstand der Erfindung beispielsweise dargestellt Stromkreis. Wenn der Strom nun gesenkt wird, bleibt und nachstehend näher erläutert. Es zeigt
eine Spannung im Leiter bestehen, bis ein Strom, der F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines zuviel geringer ist als der kritische Strom, erreicht wird sammengesetzten Supraleiters nach der Erfindung,
und der Supraleiter wieder supraleitend wird. Dieser F i g. 2 eine Endansicht eines erfindungsgemäßen Strom kann als der Erholungsstrom bezeichnet 60 Supraleiters in einer weiteren Ausführungsform und werden und hängt von der Temperatur ab, auf die F i g. 3 eine teilweise Aufsicht mehrerer nebender Leiter abgekühlt wird. Wenn dieser gleiche zu- einander angeordneter Leiter nach F i g. 1.
sammengesetzte Leiter Störungen ausgsetzt wird, In F i g. 1 ist ein zusammengesetzter Supraleiter gehaben diese eine entstabilisierende Wirkung, und bei zeigt, der aus einem normalen Metallband 10 und Strömen über dem Erholungsstrom und unter dem 65 neun im Abstand voneinanderliegenden Drähten 11 kritischen Strom kann die Spannung im Leiter den aus supraleitendem Material besteht, die in das Metalldoppelten Wert haben. Die Größe der Spannung band 10 eingebettet sind. Das Metallband 10 kann hängt davon ab, mit welcher Spannung die Spule z. B. aus Kupfer bestehen, und die supraleitenden

ORIGINAL 1NSPECT10

Drähte 11 können ζ. B. aus mit Kupfer überzogenem Niobium-Zirkonium bestehen.

Das Band kann eine Breite von etwa 13 mm und eine Dicke von etwa 0,1 mm besitzen. In einem solchen Band können maximal neun supraleitende Drähte zufriedenstellend eingebettet werden.

An der einen Schmalseite 14 des Bandes 10 befindet sich eine Vielzahl von Vorsprüngen 12, die im Abstand voneinander angeordnet sind. Eine dünne Lage aus dielektrischem Isolationsmaterial 17 be- ίο deckt die eine Breitseite 16 sowie die Außenseite eines jeden Vorsprunges 12. Abstandsstreifen 18 verlaufen quer zur Längenabmessung des Bandes 10; sie sind z. B. durch Anlöten an der anderen Breitseite 15 befestigt. Während die Abstandsstreifen vorzugsweise aus einem Material wie Kupfer mit hoher Wärmeleitfähigkeit hergestellt sind, ist die Zusammensetzung der Abstandsstreifen für die Erfindung nicht wichtig.

F i g. 2 zeigt einen Supraleiter mit einem Supraleitmaterial 11 α in Form eines Bandes, das sich über die Breite des Leiters erstreckt und das vorzugsweise - zwischen zwei normalen Metallstreifen 10 α und 10 b f eingebettet ist.

F i g. 3 zeigt mehrere nebeneinander angeordnete Leiter der F i g. 1, die zu einer Spule aufgewickelt sind, die aus drei benachbarten Rollen besteht und deren Lagen von den Leiterwindungen gebildet werden. Die Vorsprünge 12 bilden in Verbindung mit den gegenüberliegenden Schmalseiten 13 des nächst benachbarten Leiters Kühlkanäle 30 für ein Kühlmittel, z. B. flüssiges Helium. Die Querschnittsfläche der blanken Teile 31, 32, 33 kann größer gewählt werden als die des gegenüberliegenden Teils der Schmalseite 13 und der benachbarten Vorsprünge 12, um den Kanten, die dem Kühlmittel ausgesetzt sind, die maximal mögliche Querschnittsfläche zu verleihen. So ist zusätzlich dazu, daß die Notwendigkeit vermieden wird, getrennte, zusätzliche Abstandsstreifen zwischen den Lagen vorzusehen, eine größere Querschnittsfläche des Leiters dem Kühlmittel ausgesetzt als wenn die zusätzlichen Abstandsstreifen verwendet werden würden. Auch bilden die Abstandsstreifen 18 in der Querrichtung des Leiters Kühlkanäle 34, die mit den Kühlkanälen 30 in Verbindung stehen.

Wenn die Vorsprünge 12 in dem Leiter vor dessen Verwendung ausgebildet werden, kann es vorkommen, daß sie mit den Abstandsstreifen 18 des benachbarten Leiters nicht übereinstimmen; dennoch werden durchgehende Kühlkanäle gebildet. Um die Möglichkeit der Blockierung des Kühlmittelstromes infolge von Gasbläschen in einem solchen Fall zu verhindern, können die Vorsprünge 12 erst, nachdem die Leiter zusammengesetzt worden sind, durch Bildung von Nuten an den Schmalseiten des Leiters hergestellt werden, wobei darauf geachtet werden muß, daß eine Kurzschlußbildung zwischen den Lagen vermieden wird. Dies kann dadurch bewirkt werden, daß die freigelegten Kanten des Leiters, der eine Lage bildet, mit einem sich bei Wärme verfestigenden Kunststoff überzogen werden, bevor die Nuten ausgebildet werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Zusammengesetzter Supraleiter in Form eines Bandes aus normal leitendem Material mit einem Widerstand bei Raumtemperatur, der nicht wesentlich größer ist als der von Aluminium bei Raumtemperatur, und mit wenigstens einem supraleitenden, in Längsrichtung des Bandes verlaufenden und in das Band eingebetteten Leiterelement, dadurch gekennzeichnet, daß das Band (10) an einer (14) seiner Schmalseiten (13,14) sich über deren Breite erstreckende, im Abstand voneinander befindliche Vorsprünge (12) aufweist, daß eine elektrisch isolierende Schicht (17) im wesentlichen eine (16) der Breitseiten (15,16) des Bandes (10) und die Außenseite der Vorsprünge (12) bedeckt und daß auf der anderen Breitseite (15) quer über das Band (10) verlaufende, im Abstand voneinander befindliche Abstandsstreifen (18) angeordnet sind.

2. Leiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das supraleitende Leiterelement als Band (11 ß) ausgebildet ist, das schmäler ist als das Band (10) aus normal leitendem Material.

3. Leiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er derart zu einer Spule gewickelt ist, daß jeweils verschiedene Teile des Bandes aus normal leitendem Material einander gegenüberliegen und zwischen sich Kühlkanäle (30) begrenzen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen