DE2329861A1

DE2329861A1 - SUPRAL LADDER

Info

Publication number: DE2329861A1
Application number: DE2329861A
Authority: DE
Inventors: Gaston Bronca; Pierre Genevey; Jacques Perot; Jean-Paul Pouillange
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1972-06-21
Filing date: 1973-06-12
Publication date: 1974-01-17
Also published as: FR2190320A5; GB1426224A

Description

PAT E NTA N VVA ι_ΤPAT E NTA N VVA ι_Τ

D β MDNOHEN E, OTTOSTRASSE 1 aD β MDNOHEN E, OTTOSTRASSE 1 a TELEGRAMME: MAYPATENT MÜNCHENTELEGRAMS: MAYPATENT MUNICH TELEFON COSiO 5g3882TELEPHONE COSiO 5g3882

CP 462/1192 München, \ 2. Juni 1973 CP 462/1192 Munich, \ 2 June 1973

Dr,M./seDr, M. / Se

B 4604.3 PQB 4604.3 PQ

Commissariat ä 1»Energie Atomique in Paris/FrankreichCommissariat ä 1 »Energie Atomique in Paris / France

Supraleiter,Superconductors,

Die Erfindlang betrifft eine neue Struktur für einen Supraleiter mit dem Ziel» das im supraleitenden Zustand vorliegende Material vor Wärmezufluß von der Umgebung des Leiters her zu schützen.The invention relates to a new structure for a superconductor with the aim of »protecting the material in its superconducting state from the influx of heat from the area surrounding the conductor.

Bekanntlich bestehen die gegenwärtig verfügbaren Supraleiter meist aus draht- oder bandförmigen Elementen aus einem supraleitenden Material, die in eine Matrix aus einem keine Supraleitereigenschaften besitzenden Metall eingebettet sind. Diese Matrix soll dem Leiter eine bessere Stabilität verleihen, wobei diese Stabilität durch Verdrillen oder Verseilen der Elemente im Inneren der Matrix noch gesteigert wird. Wenn der Supraleiter im Gleichstrombetrieb arbeiten soll, wird die Matrix im allgemeinen aus einem Metall oder einer Legierung hoher Reinheit mit geringem spezifischem elektrischem Widerstand hergestellt, z.B. Kupfer oder Aluminium, Wenn dagegen der Supraleiter mit veränderlichem Strom und Magnetfeld betrieben werden soll, wird die Matrix mit höherem spezifischem Widerstand gewählt, um die WerteIt is known that the currently available superconductors mostly consist of wire or band-shaped elements of a superconducting one Material that is embedded in a matrix made of a metal that does not have superconducting properties. This matrix is intended to give the conductor better stability, this stability being achieved by twisting or stranding the elements inside the matrix is increased. If the superconductor is to operate in direct current mode, the matrix will in general made of a high purity metal or alloy with low electrical resistivity, e.g. Copper or aluminum, if on the other hand the superconductor with variable If current and magnetic field are to be operated, the matrix with higher specific resistance is chosen to match the values

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der Kreisströme zn verringern, die sich zwischen benachbarten Supraleiterdrähten im Inneren j edes halben Ganges des Verdrillung im Leiter ausbilden. Diese Kreisströme führen einerseits zumeiner zusätzlichen Energieabgabe und können andererseits die Stabilität des Supraleiters beeinträchtigen. Um sie herabzusetzen hat man bereits zwischen die Supraleiter-Drähte in der Matrix ein Material mit hohem spezifischem elektrischem Widerstand, z.B. die Gupro-Nickel-Legierung, eingebracht. reduce the circulating currents zn that form between adjacent superconductor wires in the interior of every half turn of the twist in the conductor. On the one hand, these circulating currents lead to an additional energy release and, on the other hand, can impair the stability of the superconductor. In order to reduce it, a material with a high specific electrical resistance, for example the Gupro-nickel alloy, has already been introduced between the superconductor wires in the matrix.

Es ist ferner bekannt, daß die Metalle oder Legierungen vom Typ der supraleitenden Legierungen und Kupfer bei niedriger Temperatur eine sehr geringe spezifische Wärme von etwa 10 Joule/g°K bei der Temperatur des flüssigen Heliums aufweisen. Außerdem können auch die auf die Leiter wirkenden Laplace-Kräfte sehr groß sein, da die in den Supraleitern transportierte Stromdichte im allgemeinen sehr groß ist und die erhaltenen Magnetfelder ebenfalls sehr stark sein können. Wenn sich daher ein Leiter unter der Wirkung dieser Laplace-Kraft verschiebt und so mit den benachbarten Materialien oder Leitern reibt, kann die bei dieser Reibung freigesetzte Wärme ausreichen, um den Leiter aus dem Supraleitungszustand in den Normalzustand zu bringen, so daß er seine Supraleitereigenschaften verliert, selbst wenn die Verschiebung sehr klein ist und etwa einige Micron beträgt.It is also known that the metals or alloys of the superconducting alloy type and copper can be used at low temperature have a very low specific heat of about 10 joules / g ° K at the temperature of liquid helium. aside from that The Laplace forces acting on the ladder can also do a lot be large, since the current density transported in the superconductors is generally very large and the magnetic fields obtained can also be very strong. If, therefore, a conductor is displaced under the action of this Laplace force, and so with the neighboring ones Rubs against materials or conductors, the heat released during this friction can be sufficient to remove the conductor from the Bring superconducting state into the normal state so that it loses its superconducting properties even if the displacement is very small, about a few microns.

Durch die Erfindung soll eine neue Struktur für Supraleiter geschaffen werden, welche diese Nachteile vermeidet.The invention is intended to create a new structure for superconductors which avoids these disadvantages.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Supraleiter, der aus einer Anordnung von Elementen, wie Drähten, Bändern und dergleichen aus einem Supraleitermaterial, die in einer Matrix au. einem nicht supraleitenden Material eingebettet sind, besteht und dadurch gekennzeichnet ist, daß der Supraleiter eine BeschichtungThis object is achieved according to the invention by a superconductor, which consists of an arrangement of elements such as wires, ribbons and the like made of a superconductor material, which are arranged in a matrix. are embedded in a non-superconducting material, and is characterized in that the superconductor has a coating

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aus eine« Material mit geringer Temperaturleitfähigkeit und eine Außenhülle aus einem anderen Material mit einer hohen Temperaturleitfähigkeit aufweist.made of a «material with low thermal conductivity and a Has outer shell made of a different material with a high thermal conductivity.

Unter diesen Bedingungen wird eine Wärmezufuhr zum Supraleiter von außen her, die kurz und örtlich begrenzt ist, durch die Außenhülle aus Material mit hoher Temperaturleitfähigkeit längs abgeleitet, während die Elemente aus supraleitendem Material, die in der Matrix eingebettet sind, vor dem Wärmefluß durch die Beschichtung aus Material mit geringer Temperaturleitfähigkeit geschützt sind. Die neue Supraleiterstruktur besitzt daher insgesamt betrachtet eine gute Temperaturleitfähigkeit in Längsrichtung und eine schlechte Temperaturleitfähigkeit in Querrichtung, von der Oberfläche des Leiters her gesehen, wodurch eine zu starke Steigerung der Temperatur des Leiters bei einer Wärmezufuhr vermieden werden kann·Under these conditions, a heat input to the superconductor of outside, which is short and localized, through the outer shell derived from material with high thermal diffusivity, while the elements of superconducting material, which are embedded in the matrix, before the heat flow through the coating made of material with low thermal conductivity. The new superconductor structure therefore has a good thermal conductivity in the longitudinal direction and a poor transverse thermal conductivity, seen from the surface of the conductor, resulting in an excessive increase the temperature of the conductor can be avoided when heat is supplied

Gemäß eine» Ausführungsbeispiel umgibt die Beschichtung aus Material ait geringer Temperaturleitfähigkeit die Matrix, in der die Supraleiterelemente eingebettet sind und ist selbst außen durch ein Material mit hoher Temperaturleitfähigkeit umhüllt.According to one embodiment, the coating of material surrounds The matrix in which the superconductor elements are embedded has a low thermal diffusivity and is itself on the outside encased by a material with high thermal conductivity.

Vorteilhafterweise, jedoch nicht ausschließlich, kann man als Material »it einer geringen Temperaturleitfähigkeit und hoher spezifischer Wärme Cupronickel verwenden, dessen Temperaturleitfähigkeit in der Nähe von 2,10"*⁴ m²/see, und dessen spezifische Wärme in der Größenordnung von 4,5,10~⁴ Joule/g°K liegt. Weiterhin besteht vorzugsweise die Außenhülle aus einem Metall hoher Reinheit« wie Kupfer oder Aluminium, dessen Temperaturleitfähigkeit z.B. für reines Kupfer, in der Nähe von 0,6 m / see. liegt.Advantageously, but not exclusively, cupronickel can be used as material with a low thermal conductivity and high specific heat, its thermal conductivity in the vicinity of 2.10 "* ⁴ m ² / s, and its specific heat of the order of magnitude of 4.5 10 ~ ⁴ joules / g ° K. Furthermore, the outer shell is preferably made of a metal of high purity, such as copper or aluminum, the thermal conductivity of which, for example for pure copper, is close to 0.6 m / s.

Die besonderen Eigenschaften des erfindungsgemäßen SupraleitersThe special properties of the superconductor according to the invention

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Λ*- 23?9861 Λ * - 23? 9861

ergeben sich ferner aus der folgenden Beschreibung eines /vusführungsbeispiels, die sich auf die beigefügte einzige Figur bezieht, welche diesen Leiter im Schnitt zeigt.also emerge from the following description of an exemplary embodiment, which refers to the accompanying single figure which shows this conductor in section.

Der in der Figur gezeigte und insgese-jnt mit ^Λ·. bezeichnete Supraleitungsleiter enthält, eine Gruppe von Elementen 2, die in Form von Drähten eines geeigneten S upral ei t er mal: eri als vorliegen. Diese Drähte sind in üblicher Weise untereinander verdrillt, i'jn die zwischen benachbarten Drähten im Leiter erzeugten störenden Kreisströme zu begrenzen« Die Gesamtheit der Drähte 2 ist in eine Matrix 3 aus einem Material von hoher Reinheit eingebettet, dessen spezifischer elektrischer V/iderstand in Abhängigkeit von der vorgesehenen Benutzung des Supraleitimgsleiters gewählt ist» besonders ob er im Gleichstrombetrieb oder mit veränderlichem Strom und Magnetfeld arbeiten soll*The one shown in the figure and with a total of ^Λ ·. called superconducting conductor contains, a group of elements 2, which are present in the form of wires of a suitable S upral ei t er mal: eri as. These wires are twisted with one another in the usual way in order to limit the disturbing circular currents generated between neighboring wires in the conductor the intended use of the superconducting conductor is selected »especially whether it should work in direct current operation or with variable current and magnetic field *

Erfindungsgemäß ist die Matrix 3? in der die Sijpraleiterelemente eingebettet sind, von einer Beschichtung 4 aus einem Material mit verhältnismäßig hoher spezifischer Wärme und geringer VJärmeleitfähigkeit, d.h. einer geringen Temperaturleitfähigkeit, umgeben. Vorzugsweise besteht dieses Material aits Cupronickel. Ferner ist die Beschichtung 4 ihrerseits von einem Außenmantel 5 aus einem Material umgeben, welches im Gegensatz dazu eine hohe Temperaturleitfähigkeit aufweist und aus reinem Kupfer oder Aluminium bestehen kann.According to the invention, the matrix is 3? in which the Sijpra ladder elements are embedded by a coating 4 made of a material with relatively high specific heat and low thermal conductivity, i.e. a low thermal diffusivity. Preferably this material consists of cupronickel. Furthermore is the coating 4 in turn is surrounded by an outer jacket 5 made of a material which, in contrast, has a high thermal conductivity and can consist of pure copper or aluminum.

Man erhält so einen Supraleitungsleiter, der im Vergleich mit bisherigen Ausfülirungsformen wesentliche besondere Vorteile aufweist; vor allem hinsichtlich seines Schutsr.es gegenüber einer Wärmezufuhr von außen her, die kurz und örtlich begrenzt ist, v/o bei trotzdem eire gute Stabilität erhalt«! bleibt» Die Hülle 4 dient:So you get a superconducting conductor, which in comparison with previous Ausfülirungsformen has significant special advantages; especially with regard to his protection against the supply of heat from outside, which is brief and localized, v / o at still maintain good stability «! remains »The shell 4 is used:

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BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

, 2379861, 2379861

«Μ» J Ο««Μ» J Ο «

als Wärmeisolator, da sie aus einem Material von geringer Temperaturleitfähigkeit besteht und selbst von einer Hülle aus einem zweiten Material nut sehr hoher Temperaturleitfähigkeit umgeben ist, welche die äußere Wärmezufuhr ableitet und verhindert, daß sie die Supraleiterelemente erreicht.as a thermal insulator, as it is made of a material with low thermal conductivity consists and even surrounded by a shell made of a second material with very high thermal conductivity which dissipates and prevents external heat input, that it reaches the superconductor elements.

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Claims

1 .y superconducting conductor consisting of an arrangement of elements ^ such as wires, wire groups, tapes, made of superconducting material, which are embedded in a matrix of a non-superconducting body, characterized in that the arrangement has a coating made of a material with a low thermal conductivity and around this an outer shell made of another Material that, in contrast, has a high thermal diffusivity.

2. Superconducting conductor according to claim 1, characterized in that that the coating (4) of material with low thermal conductivity surrounds the matrix (3) in which the superconductor elements (2) are embedded.

3. Superconducting conductor according to claim 1 or 2, characterized in that the material with low thermal conductivity Cupronickel is.

1 ßflier I,

4. superconducting liter according to claim 1, / characterized in,

that the material with high thermal conductivity is high-purity copper or high-purity aluminum.

3 0 9883/0981