DE2660978C2

DE2660978C2 -

Info

Publication number: DE2660978C2
Application number: DE2660978A
Authority: DE
Inventors: Andrzej Kamil Paris Fr Drukier; Claude Villemoisson Sur Orge Fr Valette; Georges Paris Fr Waysand
Original assignee: Agence National de Valorisation de la Recherche ANVAR
Current assignee: Bpifrance Financement SA
Priority date: 1975-11-28
Filing date: 1976-11-25
Publication date: 1989-01-26
Also published as: DE2653507A1; JPS6213633B2; US4149075A; JPS5282280A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Sortieren der Körner eines supraleitenden Werkstoffs in einem Magnetfeld mit einem Feldgradienten.

Es ist bereits bekannt, sehr schwach magnetische Partikel eines Werkstoffs dadurch abzuscheiden, daß diese Partikel einem Magnet feld mit einem Feldgradienten ausgesetzt werden (IEEE TRANS- ACTION ON MAGNETICS, Vol. Mag-9, Nr. 3, 1973, S. 303-306). Der Feldgradient wird dabei durch eine Matrix aus magnetisierter Stahlwolle erzeugt. Die Partikel bleiben in der Stahlwolle hängen und können später ausgewaschen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der eine Trennung von Körner aus supraleitendem Werkstoff möglich ist, insbesondere von Körnern für eine Strah lungssonde nach der deutschen Patentanmeldung P 26 53 507.9.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Vorrichtung in einem Kryostaten eine Kapsel enthält, welche die zu sortierenden Körner aufnimmt und mit einem Schieber versehen ist, welcher ihr Volumen in zwei lotrecht aneinander angrenzende Räume unterteilt, wobei die Kapsel von Helmholtz-Spulen, welche in ihr ein homogenes Magnetfeld erzeugen, und von Gegen-Helm holtz-Spulen umgeben ist, welche in der Kapsel einen Magnetfeld gradienten erzeugen, der lotrecht gerichtet ist und sich dem homogenen Feld überlagert.

Die Körner des supraleitenden Werkstoffs werden bei geöffnetem Schieber durch magnetische Levitation sortiert und das sortierte Ergebnis durch Schließen des Schiebers festgehalten.

Es ist jedoch ebenfalls möglich, daß die eingangs genannte Vorrichtung erfindungsgemäß in einem Kryostaten eine lotrechte Leitung enthält, deren oberer Teil oberhalb des Kryostaten durch eine Öffnung mündet, in welche die zu sortierenden Körner ge schüttet werden, während ihrer unterer Teil unterhalb des Kryo staten mündet, wobei diese Leitung durch eine lotrechte Wand in einen ersten und einen zweiten Kanal unterteilt und so geformt ist, daß der erste Kanal in einer Flucht mit dem oberen Abschnitt liegt, wobei Helmholtz-Spulen in der Leitung ein homogenes Magnetfeld und Gegen-Helmholtz-Spulen in ihr einen waagrecht gerichteten Feldgradienten erzeugen, so daß normale Körner nicht abgelenkt werden, während die supraleitenden Körner abgelenkt werden und in den zweiten Kanal fallen.

Hier folgt die Trennung der Körner dadurch, daß aufgrund der unterschiedlich starken Einwirkung des horizontalen Feldgradien ten die Körner mehr oder weniger zur Seite abgelenkt werden und dadurch in den ersten oder zweiten Kanal fallen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Hierbei zeigt

Fig. 1a einen schematischen Schnitt einer ersten Ausfüh rungsform der erfindungsgemäßen Sortiervorrich tung;

Fig. 1b einen schematischen Schnitt einer zweiten Ausführungsform.

Zur Erleichterung des Verständnisses der Figuren sind meistens die Bestandteile ausgelassen, deren Darstellung für das Verständnis der Figuren unnötig ist, wie gewisse Teile der Kryostate, Pumpvorrichtungen, Dichtungsebenen von auseinandernehm baren Elementen, Dichtungen, doppelte Wände usw., und gewisse Zu behörelemente wie Strahlungskollimatoren.

Vor der Betrachtung der Fig. 1a und 1b ist es not wendig, einige Angaben über das Verfahren zur Herstellung der Kör ner aus einem supraleitenden Werkstoff, welche die erfindungsgemä ßen Sonden bilden sollen, und über die Eigenschaften, welche sie besitzen müssen, zu machen. Diese Körner müssen:

- sphärisch sein und eine homogene Struktur haben, um nicht unter Berücksichtigung der Hystereseunterschiede bei Vorhan densein eines Magnetfeldes mit dem kritischen Wert "Übergangsschwän ze" aufzuweisen;
- möglichst gleiche Durchmesser haben;
- für gleiche Werte des umgebenden Magnetfeldes aus dem supraleitenden Zustand in den normalen Zustand "kippen".

Zur Erzielung sphärischer Körner werden diese durch Emulgieren des geschmolzenen Materials in einem heißen Flüssigkeits bad hergestellt, welches mit Hilfe einer Ultraschallsonde umgerührt wird. Es ist natürlich erforderlich, daß die die Aufgabe des Emul sionsträgers erfüllende Flüssigkeit ohne Verdampfung die Schmelz temperatur der Körner aushalten kann. Wenn das Material Zinn oder eine Legierung von Indium und Wismus ist, kann der Emulsionsträger ein Mineralöl sein.

Die erhaltenen sphärischen Körner erfahren ein erstes Sortieren durch Absetzen, welches gestattet, mit einer sehr guten Annäherung Körner mit ähnlichen Durchmessern von z. B. 4 bis 5 µm auszuwählen. Diese werden einem zweiten Sortiervorgang durch magne tische Levitation mit Hilfe der Vorrichtung der Fig. 1a unterworfen, welche eine Kapsel 11 enthält, in welche die zu sortierenden Körner gebracht werden. Ein Schieber 12 kann in dem mittleren Abschnitt der Kapsel 11 gleiten, um sie in zwei getrennte Räume zu unterteilen. Wenn die Körner eingebracht sind, wird über die Kapsel 11 ein Deckel 13 gestülpt, und sie wird in das Bad aus flüssigem Helium eines Kryostaten 14 bekannter Art gebracht, welcher zwei Mäntel aufweist, von denen der innere Mantel 141 das Heliumbad enthält, während der äußere Mantel 142 mit dem Mantel 141 einen mit flüssigem Stickstoff gefüllten Schutzraum abgrenzt.

Der Schieber 12 kann von außerhalb des Kryosta ten mittels einer Vorrichtung betätigt werden, welche symbolisch durch durch Rollen 122 geführte Drähte 121 dargestellt ist.

In Fig. 1a ist angenommen, daß die eingetauch te Kapsel mit flüssigem Helium gefüllt ist. Es spricht jedoch nichts gegen die Benutzung einer dichten Kapsel mit Schieber und Deckel, in welcher ein Vakuum vor dem Eintauchen hergestellt wird.

Der Kryostat 14 weist zwei Paare von ring förmigen Spulen 16 und 17 auf, welche die Kapsel 11 umgeben und mit Gleichstrom gespeist werden, um ein Magnetfeld mit Feldgradienten in dem von ihnen begrenzten Raum zu erzeugen. Die Spulen 16 sind Helmholtz-Spulen, d. h. sie sind so bemessen, angeordnet und ge speist, daß sie ein homogenes Magnetfeld erzeugen. Der Wert dieses Feldes ist gleich dem des Überhitzungsfeldes, welchem die Körner in der Sonde unterworfen werden. Die Spulen 17, "Gegen-Helmholtz- Spulen" genannt, sind so bemessen, angeordnet und gespeist, daß sie dem Feld der Spulen 16 einen Feldgradienten überlagern, welcher die entgegengesetzte Richtung hat, z. B. die aufsteigende Richtung.

Wenn die Kapsel 11 in den Kryostaten gebracht ist, befinden sich alle Körner in dem supraleitenden Zustand. Der Schieber 12 befindet sich in der Öffnungsstellung. Man speist zu nächst die Helmholtz-Spulen 16 und hierauf die Gegen-Helmholtz-Spu len 17. Die Körner, welche in ihren normalen Zustand gekippt haben, bleiben auf dem Boden der Kapsel 11, während diejenigen, welche in dem supraleitenden Zustand geblieben sind, durch die Wirkung des Meißner-Effekts zu dem Deckel 13 gezogen werden. Die Betätigung des Schiebers 12 gestattet, die beiden Arten von Körnern getrennt zu halten, wenn die Kapsel 11 aus dem Kryostaten herausgenommen wird. Da dieser Sortiervorgang durch Levitation wiederholt werden kann, ermöglicht er offenbar, Körner auszuwählen, welche für den gleichen Wert des Überhitzungsfeldes empfindliche sind, welcher zwischen sehr engen Grenzen liegt, z. B. 345 bis 350 Gauß, um Sonden herzustellen, welche für einen genauen Energiewert empfindlich sind, z. B. den einem Rand eines Gammaspektrums entsprechenden. Es ist sogar mög lich, ein einziges Korn zu isolieren, um eine quasi punktförmige Sonde herzustellen. Es ist zu bemerken, daß, je schärfer die Auswahl der zur Bildung einer Sonde bestimmten Körner ist, der Wirkungsgrad der Sonde umso besser ist, d. h. der Anteil der Körner, welche bei einem bestimmten Energiepegel übergehen. Die Größe der Körner be stimmt den kleinsten Ansprechenergiepegel und die Dauer der Unter brechung des supraleitenden Zustands. Je feiner die Körner sind, umso kleiner sind diese Größen. Umgekehrt, je größer die Körner sind, umso weniger sind sie für die Stördiffusionsstrahlung empfind lich. Ferner ist zu bemerken, daß es möglich ist, die Körner wäh rend ihres Sortierens durch Levitation der Strahlung einer monoener getischen radioaktiven Strahlenquelle auszusetzen, um diejenigen von ihnen auszuwählen, welche für eine bestimmte Energieschwelle em pfindlich sind.

Fig. 1b zeigt eine andere Ausführungsform der Sor tiervorrichtung zur "fortlaufenden" Auswahl der Körner. Die Helm holtz-Spulen 16 b und die Gegen-Helmholtz-Spulen 17 b sind in dem inneren Gefäß 141 des Kryostaten 14 so angeordnet, daß der Gradient des Magnetfeldes in der Figur nach links gerichtet ist. Ein lot rechter Kanal 18 aus unmagnetischem Material tritt durch den Kryostaten. Sein unterer Abschnitt ist in zwei Kanäle 181 und 182 durch eine innere Wand 183 getrennt. Der Kanal 181 ist wie der obere Teil des Kanals 18 bemessen und liegt mit ihm in einer Flucht. Die zu sortierenden Körner werden durch die obere Mündung 184 ein geführt. Die supraleitend gebliebenen Körner werden durch den magnetischen Gradienten abgelenkt und fallen in den Kanal 182, wäh rend die anderen in den Kanal 181 fallen.

Claims

1. Vorrichtung zur Sortieren von Körnern eines supraleitenden Werkstoffes in einem Magnet feld mit einem Feldgradienten, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem Kryostaten (14) eine Kapsel (11) enthält, welche die zu sortierenden Körner aufnimmt und mit einem Schieber (12) versehen ist, welcher ihr Volumen in zwei lotrecht aneinander angrenzende Räume unter teilt, wobei die Kapsel (11) von Helmholtz-Spulen (16), welche in ihr ein homogenes Magnetfeld erzeugen, und von Gegen-Helmholtz-Spulen (7) umgeben ist, welche in der Kapsel (11) einen Magnetfeldgradienten erzeugen, der lotrecht gerichtet ist und sich dem homogenen Feld überlagert.

2. Vorrichtung zum Sortieren von Körnern eines supraleitenden Werkstoffes in einem Magnetfeld mit einem Feldgradienten, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem Kryostaten (14) eine lotrechte Leitung (18) enthält, deren oberer Teil oberhalb des Kryostaten (14) durch eine Öffnung mündet, in welche die zu sor tierenden Körner geschüttet werden, während ihr unterer Teil unterhalb des Kryostaten (14) mündet, wobei diese Leitung (18) durch eine lotrechte Wand (183) in einen ersten (181) und einen zweiten Kanal (182) unterteilt und so geformt ist, daß der erste Kanal (181) in einer Flucht mit dem oberen Abschnitt liegt, wobei Helmholtz- Spulen (16 b) in der Leitung (18) ein homogenes Magnetfeld und Gegen-Helmholtz-Spulen (17 b) in ihr einen waagrecht gerichteten Feldgradienten erzeugen, so daß normale Körner nicht abgelenkt werden, während die supraleitenden Körner abgelenkt werden und in den zweiten Kanal (182) fallen.