DE1952441A1

DE1952441A1 - Supraleiter

Info

Publication number: DE1952441A1
Application number: DE19691952441
Authority: DE
Inventors: Entz Alexis Charles; Claude Levaire; Hammer Alfred Paul
Original assignee: Compagnie Francaise Thomson Houston SA
Current assignee: Compagnie Francaise Thomson Houston SA
Priority date: 1968-10-18
Filing date: 1969-10-17
Publication date: 1970-04-30
Also published as: BE740167A; CH500603A; NL6913549A; GB1275439A; DE1952441C3; DE1952441B2; FR1586346A; US3626585A

Description

Oipl.-tnq. Pip! ovc.puW. DIETRICH ISWiNSKY

PATtN ΓΑΓ.ν/ALT _ß

5756-IV/He

Compagnie Francaise Thomson Houston-Hotchkiss Brandt, Paris 8, Boulevard Haussmann 173 (Prankreich)

"Supraleiter"

Französische Priorität vom 18.10.1968 aus der französischen

Patentanmeldung Nr. 170 415 (Seine)

Die Erfindung betrifft einen Supraleiter, der unter Verwendung eines Kühlmittels gekühlt wird sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Supraleiters.

Bisher bekannte Supraleiter besitzen vorwiegend die Form von Platten, Bändern oder Drähten geringer Länge und bestehen aus supraleitenden Materialien, deren bekannteste intermetallische Verbindungen sind wie Nb, Sn, Nb, Al, Nb, Au, Nb Ti, V, Si, V, Gn. Sie befinden sich dann im Zustand der Supraleitfähigkeit, wenn sie auf einer Temperatur gehalten werden, die unterhalb ihrer kritischen Temperatur liegt und sich in einem magnetischen Feld befinden, dessen Feldstärke kleiner ist als die kritische Feldstärke. Die Werte für die kritischen Temperaturen und die kritischen magnetischen Feldstärken hängen von der Zusammensetzung der Materialien und häufig von ihrer Struktur ab. Die kritischen Magnetfelder liegen in der Größenordnung von einigen hundert bis einigen zehntausend Oersted. Die höchsten kritischen Temperaturen dieser Supraleiter erreichen

Prop 45OI CFTH HB/GCC

15 bis 18° K.

Zur Erreichung einer entsprechend intensiven Kühlung let der Supraleiter für gewöhnlich in einem Kühlmittel eingetaucht, das z.B. flüssiges Helium sein kann. Es ergibt sich hieraus, daß der Behälter, der die Kühleinrichtung enthält, groß sein muß, wenn die Supraleiteranordnung sperrig ist. Von einer gewissen Größe der Supraleiteranordnung an werden die Kosten for den Kühlbehälter derartig hoch, daß sie einer großen Anzahl von industriellen Anwendungen im Wege stehen. Um diesen Nachteil zu vermeiden, hat man die Kühlung durch Eintauchen des Supraleiters durch eine innere Kühlung desselben ersetzt, welche nach der bekannten Methode, wie sie beispielsweise für die Elektroden von Schweißmaschinen verwendet wirdj arbeitet. Pur die Verwirklichung der inneren Kühlung ist es wesentlich, daß die bekannten "weichen" Supraleiter üblicherweise hohl oder in Röhrenform hergestel¥f/T!?ne derartige Form verleiht ihnen nämlich eine sehr große Oberfläche, was eine unerläßliche· Voraussetzung für das Entstehen des supraleitenden Zustandes ist. Dasselbe gilt für die gleichfalls üblicherweise hohlen oder röhrenförmigen "harten" Supraleiter. Diese Form gestattet eine wesentliche Erhöhung der kritischen Feldstärke des Magnetfeldes.

Bei der inneren Kühlung dieser Supraleiter dient ihr Innenraum entweder zur Aufnahme eines unter Druck stehenden Kühlmittels oder er wird von einer regelbaren Durchflußmenge eines unter Druck stehenden Kühlmittels durchströmt.

Die aus einem einzigen Draht bestehenden Supraleiter haben ⁱ häufig einen geringen Querschnitt und ihr Innenraum reicht nicht aus, um eine wirksame innere Kühlung herbeizuführen.

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Gewisse, aus mehreren Drähten bestehende Supraleiter sind für diese bekannte Art der Kühlung besser geeignet. Diese Supraleiter bestehen für gewöhnlich aus einer bestimmten Anzahl von fadenförmigen supraleitenden Elementen, die in einem Metall *in einigem Abstand voneinander eingelassen sind, wobei das Metall ihre thermische Leitfähigkeit stabilisiert. Auf diese V/eise wird ein hehler Supraleiter gebildet, dessen innere öffnung so bemessen ist, daß sie ein Kühlmittel aufnehmen kann. Dennoch hat man festgestellt, daß bei diesen Supraleitern die Kühlwirkung gering is£. Es ist daher eine große Kühlmittel-Durchflußmenge erforderlich· Des weiteren ist es bis heute aus technologischen Gründen nicht gelungen,/timer eine begrenzte Länge hinaus zu fertigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Supraleiter mit verbessertem Aufbau zu schaffen, der sich wirkungsvoll über seine ganze Länge kühlen läßt. Es liegt weiter im Sinne der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung solcher Supraleiter zu schaffen, das es ermöglicht, beliebige Längen herzustellen.

Diese Aufgabe 1st bei dem Supraleiter der einleitend angegebenen Gfattjung so gelöst, daß erfindungsgemäß ein das Kühlmittel enthaltender röhrenförmiger Metallkörper vorgesehen ist und ein oder mehrere mit einem Metallmantel umgebene supraleitende Elemente mit der Innenwand des Metallkörpers verschweißt sind*

Aufgrund der Tatsache, daß die äußere Oberfläche des supraleitenden Elementes, die sich in thermischem Kontakt mit dem Kühlmittel befindet, groß ist im Verhältnis zu der inneren Oberfliehe desselben supraleitenden Elementes, ergibt sieh der

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Vorteil, daß die Kühlwirkung des erhaltenen Supraleiters wesentlich besser ist, als diejenige, die sich bei einer inneren Kühlung ergibt, die lediglich auf die innere Oberfläche, d.h. den inneren Hohlraum des supraleitenden Elementes einwirkt.

Die weitere, der Frfindung zugrunde liegende Aufgabe, nämlich die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung des erfindungsgemäßen Supraleiters,ist dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß zu-

nächst eine Verschweißung eines oder mehrerer mit einem Metallmantel umgebener supraleitender Elemente längs eines Metallbandes unter Einhaltung eines seitlichen Abstandes zwischen den Elementen erfolgt, woran sich eine Formung des Metallbandes zu einem» zylindrischen oder polygonalen, gegenüber dem Kühlmittel dichten, röhrenförmigen Körper unter Einschluß der supraleitenden Elemente anschließt.

Dieses Herstellungsverfahren beinhaltet den Vorteil, daß die Herstellung von Supraleitern großer oder beliebiger Längen möglich ist.

In der Zeichnung ist ein Supraleiter der bisher bekannten Art sowie beispielsweise gewählte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Supraleiters schematisch wiedergegeben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen hohlen Supraleiter bisher bekannter Art in einen willkürlich angenommenen, nichtproportionalen Maßstab:

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Supraleiter in einem willkürlich angenommenen nichtproportionalen üaßstabj

Firr. 3 den erfinöunp-sgemäßen Supraleiter nach Fig. 2 in einer

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Vorstufe seiner Herstellung In einem willkürlich angenommenen, nichtproportionalen Maßstab;

Pig. ^l\ einen Querschnitt durch eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Supraleiters in einem willkürlich angenommenen, nichtproportionalen Maßstab.

Ein Supraleiter der in Fig. 1 dargestellten Art besteht üblicherweise aus einer bestimmten Anzahl fadenförmiger supraleitender Elemente 1, die in ein stabilisierendes Metall 2 eingebettet sind, bei dem es sich um Aluminium, Kupfer oder jedes andere bei sehr niedrigen Temperaturen thermisch gut leitende Material handeln kann. Diese Anordnung bildet einen Hohlkörper mit rechteckigem oder polygonalem Querschnitt, 'in dem eine innere, zylindrische oder polygonale öffnung 2a vorgesehen ist. Bei dieser Art der Herstellung war es bis zum Zeitpunkt der vorliegenden Anmeldung nicht möglich, einen Supraleiter mit einem optimalen Verhältnis Supraleiter/Stabilisator sowie einen Supraleiter großer Länge herzustellen.

Die Kühlung dieses Supraleiters geschieht in üblicher V/eise durch Beschicken seiner inneren Öffnung 2a mit einem unter Druck stehenden Kühlmittel. Im wesentlichen infolge der geringen für den Wärmeaustausch zur Verfügung stehenden Fläche und infolge der zunehmenden Verringerung des für den Wärmeübertritt zur Verfügung stehenden Querschnittes zwischen den supraleitenden Elementen und der inneren Öffnung 2a stellt sich eine schwache Kühlwirkung ein und man benötigt eine große Kühlmittel-Durchflußmenge.

Diese Nachteile vermeidet der erfindungsgemäße Supraleiter, wie er in Fig. 2 dargestellt ist. Er besteht aus einem supraleitenden Element 3, das mit einem metallischen Mantel k ver-

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sehen ist, der der Stabilisierung dient und aus Aluminium oder Kupfer oder jedem anderen bei den niedrigen Temperaturen thermisch gut leitenden Metall besteht. Das supraleitende Element 3 ist an einer seiner Mantellinien mit der inneren Wand einer dichten Röhre 5 verschweißt, die aus einem geeigneten Material, vorzugsweise aus einem stabilisierenden Metall derselben Art, wie der Mantel k des supraleitenden Elementes 3 besteht. Die supraleitenden Elemente 3 können aus einem einzelnen Draht oder aus einer größeren Anzahl derselben bestehen und die Röhre 5 kann einen kreisförmigen oder polygonalen Querschnitt haben.

Die Kühlung des erfindung3gemäßen Supraleiters geschieht durch unter Druck erfolgende Einleitung eines Kühlmittels in die Röhre 5 oder durch Hindurchleiten einer einstellbaren Menge eines unter Druck stehenden Kühlmittels durch die Röhre. Das Kühlmittel steht in thermischem Kontakt mit dem Mantel k des supraleitenden Elementes 3· Die für den Wärmeaustausch zur Verfügung stehende Fläche zwischen dem .supraleitenden Element 3 und dem Kühlmittel ist demzufolge groß und der für den Wärmetransport durch den Mantel 4 hindurch zur Verfügung stehende Querschnitt wächst von dem Supraleiter 3 in Richtung auf das Kühlmittel an. Die erhaltene Kühlwirkung ist bei geringer Kühlmittel-Durchflußmenge groß. Wenn eine besonders starke Kühlung wünschenswert ist, wird das Kühlmittel außerdem durch die im Inneren des supraleitenden Elementes 3 vorgesehene öffnung 6 hindurchgeleitet.

Das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Supraleiters läuft erfindungsgemäß im wesentlichen wie folgt ab: , Man verwendet ein supraleitendes Element 3, das mit einem stabilisierenden Mantel 4 derart überzogen ist, daß das Verhältnis Supraleiter/Stabilisator optimal ist. Weiterhin verwendet man ein Metallband 5a aus geeignetem Material, vorzugsweise

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aus demselben Metall, aus dem der Mantel h des supraleitenden Elementes 3 besteht. Das supraleitende Element 3 wird nun längs ei"ner seiner Mantellinien der Länge nach auf das Band 5a aufgeschweißt. Nun wird aus dem Band 5a ein röhrenförmiger Körper mit zylindrischem oder polygonalem Querschnitt geformt, "und zwar derart, daß das supraleitende Element 3 im Inneren des röhrenförmigen Körpers 5 zu liegen kommt. Die längsverlaufenden Kanten* 7, B dieses Bandes 5a werden verschweißt, so daß sich der dichte, röhrenförmige Körper 5 ergibt. Die Verschweißung des Mantels ¹J des supraleitenden Elementes 3 mit dem Band 5a und di£ Verschweißung der lSngs verlaufenden Kanten 7,B kann entweder kalt unter Anwendung eines entsprechenden Druckes oder warm durch Verschmelzung der ?!ater,ialien mit oder ohne Zugabe von Metall oder nach Jedem anderen Schweißverfahren erfolgen. Das Band 5a und das supraleitende Flement 3 können jede gewünsch* te Länge und Abmessung haben. Der nach dem erfindungsgemiißen Verfahren erzeugte Supraleiter kann daher ohne weiteres die wünschenswerten optimalen Eigenschaften erhalten.

Bei der in Fig. ¹J veranschaulichten Ausführunpsform umfaßt der erfindungsgemäß© Supraleiter mehrere supraleitende Elenente 9j deren jedes" mit einem Mantel 10 aus einem stabilisierenden I^reta31 versehen ist und die in einigem seitliche* Abstand li'nrs einer ihrer Mantellinien der LMnge nach mit einem Band aus geeirnetem Material verschweigt sind, welches anschließend gerollt und

er.

bei 12 seinerseits verschweißt wird, so daß /einen dichten röhrenförmigen Körper 11 ergibt, der die supraleitenden Elenente einschließt. Dieser röhrenförmiger K"rper kann kreisförmigen oder polygonalen Querschnitt haben.

Erfindungsgenoß ist der Querschnitt des röhrenförmigen Körpers 11 sowie die Anzahl und die Abmessungen der supraleitenden Elemente ? bei der Herstellung frei wählbar, so daß für Jeden Fall und für Jede Anwendur.fr die günstigsten Eigen-

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schäften des Supraleiters erreichbar sind. Zu diesen Eigenschaften gehören der kritische Strom und. der Stabilisierungsbeiwert, die größtmögliche Kühlwirkung und der kleinstmögliche Wert für den Kühlauerschnitt und folglich für die Menge des verendeten Kühlmittels»

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Claims

1352441

Dipl.-Ing. Dipl. oec- publ.

DIETRICH iEV./ii-iSKY . 3 -

PATcNlANV. ΛΙΪ ^ 17.10.1969

8 MlRCkH 21 - Gommd*. 81 .

Telefon 561762 5756-IV/He.

Compagnie Franchise Thomson Houston-Hotchkiss Brandt, Paris 8, Boulevard Haussmann 173 (Prankreich)

Pat ent ansprücjie:

Supraleiter, der unter Verwendung eines Kühlmittels gekühlt wird, gekennzeichnet durch einen das Kühlmittel enthaltenden röhrenförmigen Metallkörper (5) und ein oder mehrere mit einem Metallmantel (4) umgebene supraleitende Elemente (3), welche mit der Innenwand des Metallkörpers (5) verschweißt sind.

2. Supreleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallkörper (5) und der Mantel (4) der supraleitenden Elemente (3) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehen.

3. Supraleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallkörper (5) und der Mantel (4) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehen,

4. Verfahren zur Herstellung des Supraleiters nach einem der Ansprüche 1 bis 3 gekennzeichnet durch folgende Verfahrens^hritte:

- Verschweißung eines oder mehrerer mit einem Metallmantel (4) umgebener supraleitender Elemente (3) längs eines Metallbandes (5a) unter Einhaltung eines seitlichen Abstandes zwischen den Elementen,

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Formung des Metallbandes (5a) zu einem zylindrischen oder polygonalen, gegenüber dem Kühlmittel dichten, röhrenförmigen Körper (5) unter Einschluß der supraleitenden Elemente.

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