DE2517924B2

DE2517924B2 - Supraleiter

Info

Publication number: DE2517924B2
Application number: DE19752517924
Authority: DE
Priority date: 1975-04-23
Filing date: 1975-04-23
Publication date: 1977-04-28
Also published as: GB1527682A; JPS51131295A; US4093817A; DE2517924A1; CH593541A5; FR2309986B1; FR2309986A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Supraleiter aus einer Vielzahl in normalleitendes Material eingebetteter supraleitender Filamente, die in dem Querschnitt des Supraleiters angeordnet sind und zum Unterdrücken von in zeitlich veränderlichen Magnetfeldern auftretenden Koppeleffekten zwischen Filamenten auf Kreisen unterschiedlicher Radien um die Längsachse des Supraleiters (Leiterachse) verdrillt sind und jedes Filament eine zur Leiterachse konzentrische Schraubenlinie bildet.

Derartige Supraleiter (Multifilamentdraht) werden in zunehmendem Umfang benötigt zum Herstellen von Spulen von Multipolmagneten z. B. für Teilchenbeschleuniger in der Hochenergiephysik und für Spulenanordnungen zum Einschließen von Plasma bei Fusionsexperimenten.

Diese Anordnungen arbeiten in gepulsten Magnetfeldern hoher magnetischer Feldstärke mit einer transversalen, also senkrecht zur Leiterachse orientierten Feldkomponente und einer longitudinalen, also in Richtung der Leiterachse liegenden Feldkomponente.

Es ist bekannt (Journal of Applied Physic 40, Seiten 2080 bis 2082,1969), für den Transport von elektrischem Strom in zeitlich veränderlichen Magnetfeldern Supraleiter zu verwenden, die aus einer Vielzahl von Filamenten von einigen μΐη Durchmesser aus einem supraleitenden Werkstoff, z. B. NbTi bestehen, die in eine Matrix aus einem normalleitenden Werkstoff wie Kupfer eingebettet sind und einen Multifilamentdraht bilden.

Der Filamentdurchmesser wird möglichst klein gehalten (5 bis 50 μπι), um einen vorzeitigen Übergang in die Normalleitung noch vor Erreichen des kritischem Stromes weitgehend zu verhindern (magnetische Stabilität) und die Wechselfeldverluste herabzusetzen.

In zeitlich veränderlichen Magnetfeldern, die transversal zur Leiterachse orientiert sind, werden jedoch die Filamente durch Induktionseffekte gekoppelt, so daß sich oberhalb einer vorbestimmten Feldänderungsgeschwindigkeit acr Supraleiter so verhält, als Desiünde er nur aus einem einzigen supraleitenden Kern mit allen Nachteilen in bezug auf magnetische Stabilität und Wechselfeldverluste.

Zur Beseitigung dieser Nachteile ist es auch bekannt (Journal of Physic D 3, Seiten 1517 bis j531. 1970), den Supraleiter um seine Längsachse zu verdrillen.

Dieses für den Fall von zeitlich veränderlichen transversalen Magnetfeldern vorteilhafte Verdrillen des ίο Multililamen.drahtes hat jedoch den Nachteil, daß bei Vorhandensein zeitlich veränderlicher longitudinal, also parallel 2ur Leiterachse orientierter Magnetfeldkomponenten neue Kopplungseffekte auftreten. Auf zwei unterschiedlichen Radien angeordnete Filamente bilden in bezug auf die Leiterachse und einer in deren Richtung verlaufenden longitudinalen Feldkomponente Spulen gleicher Windungszahl aber unterschiedlicher Windungsfliiche. Deshalb werden bei zeitlicher Änderung des Magnetfeldes Sparnungsunterschiede zwisehen diesen zwei Spulen erzeugt, die mit wachsender Leiterlänge und abnehmender Verdrillungslänge, also größer werdender Windungszahl der Spulen ansteigen und oberhalb einer vorbestimmten Feldänderungsgeschwindigkeit zur Abschirmung des Magnetfeldes und damit zur magnetischen Instabilität und zu höheren Wechselfeldverlusten führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Supraleiter zu schaffen, der weitgehend frei ist von den Nachteilen der bekannten Multifilamentdrähte bei sich zeitlich ändernden Magnetfeldern mit longitudinaler Feldkomponente und nur mit geringen Verlusten behaftet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Filamente in einem ersten in Richtung der Leiterachse gemessenen Abschnitt vorbestimmter Länge in einem ersten Drehsinn und alternierend in einem sich anschließenden zweiten Abschnitt gleicher Länge (Alternierungslänge) in einem dem ersten Drehsinn entgegengesetzten zweiten Drehsinn verdrillt sind.

Bei einer vorteilhaften Wetterbildung der Erfindung beschreibt jede der von den Filamenten gebildeten Schraubenlinien in einem der Alternierungslänge entsprechenden Längenabschnitt eine vorbestimmte Anzahl vollständiger Drehungen um die Leiterachse.

Die V01 teile der Erfindung bestehen insbesondere darin, daß die in den aus verdrillten Filamenten gebildeten Spulen induzierte Spannung nach jeweils zwei Alternierungslängen zu Null wird und nur kleine Differenzspannungen zwischen Filamentspulen unterschiedlicher Radien auftreten können. Die in Magnetfeldern mit longitudinalen Feldkomponenten auftretenden Verluste werden dadurch wesentlich herabgesetzt und gleichzeitig die Vorteile des Verdrillens in bezug auf die Anwesenheit transversaler Feldkompcnenten aufrechterhalten.

Ein Auslührungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 Supraleiter (Multifilamentdraht) mit in einem Drehsinn verdrillten Filamenten

Fig.2 In einem ersten und einem zweiten Drehsinn alternierend verdrilltes Filament eines Multifilamentdrahtes.

In F i g. 1 ist ein Multifilamentdraht aus einer Vielzahl

<>5 supraleitender Filamente 1, die in eine normalleitende Matrix 2 eingebettet sind, vereinfacht dargestellt. Die Filamente I sind auf unterschiedlichen Radien R\, R 2 konzentrisch angeordnet und um die Leiterachse 3 des

Mulnriiamenidi antes vcrünili. Die verdrillung enuarig einer Schraubenlinie 4, 5 ist für je ein Filament auf den Radien R ι und K 2 angedeutet. In einem zeillich veränderlichen Magnetfeld B mit einer zur Leiterachse 3 senkrechten transversalen Komponente B₁ und einer zur Leiterachse 3 parallelen longitudinalen Komponente Bl werden zwar durch die Verdrillung durch die transversale Komponente Bj verursachten Koppeieffekte weitgehend kompeniert, aber nicht diejenigen der longitudinaien Feldkomponente Bt,. Denn für diese ,₀ Komponente bilden die verdrillten Filamente Spulen gleicher Windungszahl mit den unterschiedlichen Radien K₁ und /?> also unterschiedlicher Windungsfläche.

Der räumliche Verlauf eines Filamentes 1 in einem alternierend verdrillten Multifilamentdraht mit der Leiterachse 3 ist in F i g. 2 vereinfacht dargestellt.

Der Drehsinn δ der Verdrillung wechselt jeweils nach der Alternierungslänge l,_t.

Hierzu 1 Blatt Zeichnur.een

Claims

Patentansprüche

1. Supraleiter aus einer Vielzahl in normalleitendes Material eingebetteter supraleitender Filamente, die in dem Querschnitt des Supraleiters angeordnet sind und zum Unterdrücken von in zeitlich veränderlichen Magnetfeldern auftretenden Koppeleffekten zwischen Filamenten auf Kreisen unterschiedlicher Radien um die Längsachse des Supraleiters (Leiterachse) verdrillt sind und jedes Filament eine zur Leiterachse konzentrische Schraubenlinie bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Filamente (1) in einem ersten in Richtung der Leiterachse gemessenen Abschnitt vorbestimmter Länge, der Alternierungslänge (I _A) in einem ersten Drehsinn (6) und alternierend in einem sich anschließenden zweiten Abschnitt gleicher Länge Ha) in einem dem ersten Drehsinn (6) entgegengesetzten zweiten Drehsinn (6) verdrillt sind.

2. Supraleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der von den Filamenten gebildeten Schraubenlinien (4, 5) in einem der Alternierungslänge (1^) entsprechenden Längenabschnitt eine vorbestimmte Anzahl vollständiger Drehungen um die Leiterachse (3) beschreibt.