DE1905956A1 - Einrichtung zum Erzeugen eines hohen Magnetfeldes mit kurzer Anstiegszeit und beliebiger Dauer - Google Patents

Description

ι Institut für Plasmaphysik GmbH, München-Garchlng j

Einrichtung zum Erzeugen eines hohen Magnetfeldes mit kurzer Anstiegszeit und beliebiger Dauer.

; Ein wichtiges Ziel in der Fusionsforschung besteht darin, einj ' vorionisiertes Gas, z.B. Deuterium, rasch aufzuheizen und in einem)

■ entsprechend geometrisch geformten Magnetfeld z.B. stationär ein- ; zuschließen* Die höchsten bisher erreichten Temperaturen wurden _; durch Stoßwellenaufheizung und adiabatische Kompression erzeugt, !

ι wobei dies im wesentlichen mit Hilfe eines rasch ansteigenden ι Magnetfeldes geschah. Die bisher hierzu benutzten und bekannten Einrichtungen, nämlich kapazitive Energiespeicher und normallei-

tende Spulen, gestatten zwar einen raschen Anstieg des Magnetfei- j des zu erreichen, nicht jedoch diesen über längere Zeit (länger ! als einige Millisekunden) wirtschaftlich aufrechtzuerhalten. ^! Rentabilitätsrechnungen für einen torusförmigen Fusionsreaktor ·. ! haben andererseits ergeben, daß voraussetzlich nur ein stationärer Betrieb in Frage kommen wird. Man benötigt also auch hier ein Magnetfeld, das rasch ansteigt und über längere Zeit wenigstens annähernd konstant gehalten werden kann. -

Bisher ist für dieses Problem noch keine praktikable Lösung j bekannt, da einerseits die Umschaltung des das Magnetfeld erzeui genden Stromes von einem den schnellen Stromanstieg gewährleisten-' ; den, rasch entladbaren Anstiegs-Energiespeicher auf eine kontinuierlich arbeitende Hochleisfcungs-Stromquelle kaum lösbare Auf-

■ gaben stellt und andererseits die erforderliche Leistung zur Erzeugung kontinuierlicher Magnetfelder in der Größenordnung von 200 kG schon bei bescheidenen Feldvolumina in normalleitenden Spulen jedes wirtschaftlich vertretbare Maß übersteigt.

009835/160 7

Der vorliegenden Erfindung .liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der geschilderten Schwierigkeiten ein schnell ansteigendes und beliebig lang andauerndes Magnetfeld hoher Intensität wirtschaftIieh und mit vergleichsweise geringem Aufwand zu.erzeugen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine Impulsstromquelle, die über einen ersten Schalter mit einer nor?= malleitenäen Spule verbunden ist, eine mit der normalleitenden Spule eng gekoppelte supraleitende Spule, deren Klemmen durch einen supraleitenden, zweiten Schalter kurzschließbar sind, einen dritten Schalter zum Kurzschließen der normalleitenden Spule und j

eine Steuervorrichtung, durch die zuerst der erste Schalter., dann der dritte Schalter und kurz nach diesem der zweite Schalter ge- i schlossen wird. ■

Die Impulsstromquelle kann in bekannter Weise einen schnell entladbaren kapazitiven Energiespeicher enthalten. .

Zur langsamen Beeinflussung des Magnetfeldes nach dem

schnellen Anstieg kann im kurzgeschlossenen Stromkreis der supra- ;

leitenden Spule zusätzlich eine sogenannte Flußpumpe vorgesehen ^r

sein. Flußpumpen sind z.B* aus der Arbeit von Wipf und Rosner j

"Progress in the application of electrically switched"fluxpumps" ί

veröffentlicht in IEEE Transaction on Magnetics, September 1968, \ Band 4, No. 3, Seite 495 bekannt.

Die Erfindung wird an. Hand der Zeichnung näher erläutert, die das Schaltbild eines Ausflihrungsbeispieles der Erfindung _; ■ zeigt.

Das in der Zeichnung schematisch dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält, einen aus einer .Kondensatorbatterie! bestehenden schnellen kapazitiven Energiespeicher C, der über einen Schalter S^ bei geöffneten Kurzschlußschaltern S₂ und S-, auf eine normalleitende, gegebenenfalls zur Verringerung des Widerstandes auf eine sehr tiefe Temperatur abgekühlte Spule L geschaltet wird. Der Entladekreis und die Kondensatorbatterie haben so geringe Induktivitäten, daß ein rascher Stromanstieg,

069835/1607

z.B. innerhalb einiger Mikrosekunden, gewährleistet ist. Die bisher beschriebene Einrichtung ist bekannt (Zeitschrift "Atomwirtschaf t^st 1963, Seiten 325, 324).

Gemäß der Erfindung ist mit der gewöhnlich einwindigen Spule L eine aweite, supraleitende Spule L eng gekoppelt, welche vorzugsxveise ebenfalls einwindig ausgeführt und mit einem Induktivitätsarm aufgebauten supraleitenden Schalter S-, (z,.B. einem söge- ■ nannten Kryotron) versehen ist, der die Klemmen der Spule kurzzuschließen gestattet.

Im Betrieb wird zuerst der Schalter S₁ bei geöffneten Schaltern Sp und S^ geschlossen. Während des folgenden"schnellen Strom-, anstlegs im normalleitenden Primärkreis, der die Spule L enthält, :" ^: bleibt der die Spule L enthaltende supraleitende Sekundärkreis ^: : unbeeinflußt, abgesehen davon, dai3 an der Spule L eine dex· V/indungsspannung der Primärspule L entsprechende Spannung aufcritt. ! Etwa im Augenblick des ersten Maximums des von der Kondensatorbatterie C gelieferten Stromes wird der niederohmige Kurzschlußschalter Sp (z.B. ein Metallfolienschalter) geschlossen, worauf : der Strom über den den Schalter S₀ enthaltenden Stromkreis der ^l Spule L fließt. Ausgehend vom erreichten Maximalwert beginnt der Strom gemäß dem jeweiligen Verhältnis der magnetischen Energie zur Verlustleistung abzufallen. Um nun trotzdem das Magnetfeld in dem von den beiden Spulen umschlossenen Raum konstant zu halten, wird kurz nach dem Schließen des Schalters S₀ auch der Kurzschlußschalter S-, der supraleitenden Spule L geschlossen und damit das Magnetfeld festgehalten. Nach Maßgabe des Stromabfalls im Primärkreis, der sich nun aus der magnetischen Energie des Streufeldes und. der Verlustleistung im kurzgeschlossenen Kreis der_sPrimärspule L bestimmt, steigt der Strom in der kurzgeschlossenen supraleitenden Spüle L^an, bis er nach Abklingen des Primärstromes seinen dem umschlossenen Magnetfeld entsprechenden Endwert erreicht hat» ·

Die Anstiegsaelt von. Strom und Magnetfeld in der supraleitenden ßfxule ^:ca;-^;- ->-."-roh Ausnutzung ner Diffusionsaeit de? Magnet-» Feldes auron d;^;.-> J:^:*iiärspule L in ·ύΐ--> «"Jr-ößanoranunK von 1 οκ"ΐ, l^;.· πϊπ t?.ebrach'■■: _s-;:- ··-.*«■ _:·-_£ je nach dem o'o o'·».- '.'■"}']V'.iS.:r-^pula L be¹ '-'-.-4U-Ti-

003G1S/160 7

1905856

,O

temperatur oder bei z.B. 20 K betrieben wird, so daß möglich ist,j die wegen der Höhe des Magnetfeldes erforderlichen sogenannten \ harten Supraleiter einzusetzen. ■ j

Die Schalter S₁ und S₂ bestehen gewöhnlich aus steuerbaren j Funkenstrecken und steuerbaren Metallfolienschaltern, die durch · eine eigene, in üblicher Weise ausgebildete Programmsteuerung .

nacheinander gezündet werden. j

Der Schalter S-, ist z.B. ein niederinduktiv aufgebautes -

j Kryotron, also etwa ein bifilar aufgewickelter Supraleiter,.der '.!

j z.B. während der Anstiegszeit des Primärstromes durch einen Mag- <

j netfeldimpu-ls in den normalleitenden, also hochohmigeri Zustand ·

gebracht wird und kurz nach dem Schließen des Schalters Sp durch \

Abschalten des ihn beeinflussenden Magnetfeldes.wieder supralei- [

tend wird. · !

0 09835/ 16 0 7

Claims (2)

1. Patentansprüche

   il.)/Einrichtung zum Erzeugen eines hohen Magnetfeldes mit kurzer Anstiegszeit und beliebiger Dauer, gekennzei chnet durch eine Impulsstroraquelle (C), die über einen ersten Schalter (S₁) mit einer normalleitenden Spule (L) verbunden ist, eine mit der normalleitenden Spule eng gekoppelte supraleitende

   Spule (L^), deren Klemmen durch einen supraleitenden, zweiten s

   Schalter (S,) kurzschließbar sind, einen dritten Schalter (S^) zum Kurzschließen der normalleitenden Spule (L) und eine Steuervorrichtung, durch die zuerst der erste Schalter"(S',), dann der dritte Schalter (S₂) und kurz nach diesem der zweite Schalter (S-z) geschlossen wird.
2. 2.) Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennizeichnet, daß die Impulsstromquelle einen schnell ent-¹ ladbaren kapazitiven Energiespeicher (C) enthält.

   J.) Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreis der supraleitenden Spule zum weiteren Erhöhen des Magnetfeldes nach seinem schnellen Anstieg eine Flußpumpe enthält.

   00983 5/1607

   Leers e r te