DE2906040A1

DE2906040A1 - Supraleitungs-magnetanordnung

Info

Publication number: DE2906040A1
Application number: DE19792906040
Authority: DE
Inventors: Marvin Henry Anderson; Robert Edward Gang; Jun George Dewey Kneip
Original assignee: Varian Associates Inc
Current assignee: Varian Medical Systems Inc
Priority date: 1978-02-21
Filing date: 1979-02-16
Publication date: 1979-08-30
Also published as: FR2417833A1; GB2015260A; GB2015260B; DE2906040C2; FR2417833B1

Description

PATENTANWÄLTE * 9 O 6 O A

DR. CLAUS REINLÄNDER DIPL.-ING. KLAUS BERNHARDT

Orthstraße 12 · D-8000 München 60 · Telefon 832024/5 Telex 5212744 · Telegramme Interpatent

• 3

Vl P484 D

Varian Associates, Inc. Palo Alto, CaI. 94303, USA ,

Supralei tungs-Magnetanordnung

Prioritäten: 21. Februar 1978 - USA - Ser. No. 879 293 21. Februar 1978 - USA - Ser. No. 879 294

Zusammenfassung

Die thermische Isolierung eines Kryostaten für eine supraleitende Spule mit einer Anzahl getrennt erregbarer Spulen oder Wicklungssektionen wird dadurch verbessert, daß die Anzahl der Leiter verringert wird, mit denen die Persistenzschalter selektiv erregt werden, die einen bestimmten Wicklungsabschnitt steuern. Als Konsequenz können die Abmessungen der Belliftungs- und Füll-Rohröffnungen des Kryostaten, die diese Leiter aufnehmen, reduziert werden. Bei einer Ausführungsform ist eine Diode in Reihe mit dem Heizelement jedes Schalters vorgesehen. Bei einer anderen Ausführungsform besteht der Persistenzschalter aus einer Diode und einem supraleitenden Draht im thermischen Kontakt mit der Diode.

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Die vom durch die in Vorwärtsrichtung betriebene Diode fließenden Strom erzeugte Wärme hebt die Temperatur des Supraleiters über die Übergangstemperatur. Die Schalter werden so miteinander verschaltet, daß ein Steuernetzwerk gebildet wird, mit dem bis zu ρ ^ n(n-l) unter Verwendung von η Leitern gesteuert werden, um ρ Persistenzschalter zu betätigen. Bei einer anderen Ausführungsform werden n(n-l)/2 Spulen in ähnlicher Weise mit η Leitern gesteuert, wobei die Zeit-Strom-Antwort von Persistenzschaltern ohne Dioden verwendet wird. Bei noch einer anderen Ausführungsform wird ein Binär-Hexadezimal Konverter innerhalb des Kryostaten verwendet, um η von außen kommenden Signalleitern zu ermöglichen, bis zu ρ - 2ⁿ -1 Persistenzschalter zu selektieren.

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft supraleitende Magnetanordnungen und insbesondere Einrichtungen, mit denen ein übergang zwischen dem persistenten und nicht persistenten Betrieb für supraleitende Spulen mit mehreren Tpilspulen bewirkt werden kann.

Supraleitende Magnetanordnungen sind besonders brauchbar für Spektrometer für die gyromagnetische Resonanz. Solche Spektrometer erfordern die größte Gleichförmigkeit und Stabilität des Magnetfeldes. Die Stabilität wird durch einen supraleitenden Magneten gewährleistet, der im Persistenzbetrieb arbeitet. Die Gleichförmigkeit wird dadurch erhalten, daß die Inhomogenitäten des Magnetfeldes dadurch korrigiert werden, daß eine Vielzahl von Gradienten-Korrekturspulen vorgesehen werden, die die Hauptspule ergänzen. Diese Gradienten-Korrekturspulen, oder Trimmspulen, werden dazu verwendet, restliche Magnetfeldgradienten zu beseitigen, die die Gleichfömigkeit des Magnetfeldes beeinflussen. Im Zusammenhang mit gewissen Experimenten können die Trimmspulen dazu verwendet werden, einen bekannten, kontrollierbaren Gradienten einzuführen.

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übergänge zwischen dem Persistenzbetrieb und dem angetriebenen oder Nicht-Persistenzbetrieb für einen supraleitenden Kreis werden mit einem Persistenzschalter gesteuert. Ein solches Gerät besteht gewöhnlich aus einer vierpol igen Schalteinrichtung ähnlich einem monostabilen Relais. In einer üblichen Form eines bekannten Persistenzschal ters wird ein Signal an zwei Eingangsklemmen geliefert, um ein Widerstandsheizelement zu betreiben. Die von diesem erzeugte Wärme zerstört den supraleitenden Zustand eines supraleitenden Drahtes, der die restlichen beiden (Ausgangs-)Klemmen des Schalters bildet. Wenn das Heizelement aberregt wird, kühlt das flüssige Helium innerhalb des Kryostaten den supraleitenden Draht schnell unter den Übergangspunkt ab, so daß der supraleitende Zustand wieder hergestellt wird.

Ein supraleitender Magnet ist in einem Kryostaten untergebracht, der so konstruiert ist, daß die Temperatur des Supraleiters unterhalb der Übergangstemperatur bleibt. Gewöhnlich erfordert das, daß die supraleitenden Elemente auf einer Temperatur gehalten werden, die nicht fern vom Siedepunkt von flüssigem Helium liegen, d. h. 4,2 K (bei Atmosphärendruck). Die Notwendigkeit, ausreichend flüssiges Helium im Kryostaten zu behalten, wird damit zu einer praktischen Grenze für die Wirtschaftlichkeit der Betriebsweise von solchen Spektrometern. Es ist bekannt, die thermische Isolation des flüssigen Heliums gegen die Zimmertemperaturumgebung mit verschiedenen Mitteln zu verbessern. Bei einer bestimmten Anordnung wird das oft durch die Rate ausgedrückt, mit der flüssiges Helium sich verflüchtigt.

Es ist bereits anerkannt, daß die Vielzahl an elektrischen Leitern, die in supraleitenden Magneten benötigt werden, einen Wärmeweg vom Inneren des Kryostaten zu dessen Äußeren bilden, wenn sich diese Leiter an Ort und Stelle befinden, um Persistenzströme im Magneten einzuleiten. Beispielsweise wird in der US Patentschrift 34 12 320 eine spezielle Anordnung der Stromleitungen und ihrer Anordnung beschrieben, um thermische Verluste zu minimieren. Aber selbst wenn

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solche Leiter abmontiert sind, treten zusätzliche Wärmeverluste durch die Rohrleitungen auf, durch die diese Leiter eingeführt werden.

Zusammenfassung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, die Verdampfungsrate von flüssigem Helium aus dem Kryostaten eines supraleitenden, mit Gradientenkorrektur versehenen Magneten zu verringern.

Erfindungsgemäß wird die Anzahl der Steuerleiter minimiert, die dazu benötigt werden, die vielen supraleitenden Gradientenkorrekturspulen zu steuern.

Gemäß einer Ausbildung der Erfindung dient eine Anzahl η von Stromleitungen dazu, bis zu ρ Persistenzschalter zu steuern, wobei n(n-l) nicht ρ übersteigt.

Gemäß einer anderen Ausbildung der Erfindung dient eine Anzahl η von Stromleitungen dazu, ρ Persistenzschalter zu steuern, wobei n(n-l)/2 nicht ρ übersteigt.

Gemäß einer Ausbildung der Erfindung werden die superleitenden Persistenzschal ter, die die verschiedenen Teilspulen steuern in einer Kommunikations-Array angeordnet, wobei jeder Schalter eine Diode aufweist, um selektiv auf den angelegten Schalttreibstrom anzusprechen.

In diesem Rahmen ist es eine spezielle Aufgabe der Erfindung, einen neuartigen Persistenzschalter zur Verwendung in einer Anordnung mit mehreren ähnlichen solchen Schaltern verfügbar zu machen. Diese spezielle Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die von einer Diode entwickelte Wärme dazu verwendet wird, d supraleitenden

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_ γ.

Zustand eines supraleitenden Drahtes zu zerstören, der mit dieser im thermischen Kontakt steht. Es wird kein getrenntes Heizelement verwendet. Genauer gesagt, es wird die Wärme verwendet, die von einer in Vorwärtsrichtung betriebenen Diode entwickelt wird, um

Obergänge vom supraleitenden Zustand eines mit dieser Diode in thermischer Berührung stehenden Supraleiters herbeizuführen.

Gemäß einer anderen Ausführungsform wird die Grundaufgabe der Erfindung dadurch gelöst, daß die Antwort der Persistenzschalter selbst dazu verwendet wird, die Erregung eines gewünschten Superleiters auszuwählen, wenn die Schalter miteinander in Verbindung stehen, um ein Array zu bilden.

Die Erfindung soll anhand der Zeichnungen näher erläutert werden; es zeigen:

Fig. 1 einen Kryostaten, der einen supraleitenden Magneten aufnimmt;

Fig. 2 eine konventionelle Anordnung für einen Satz von neun supraleitenden Persistenzschaltern;

Fig. 3 eine Ausführungsform der Erfindung zur Steuerung eines Satzes von bis zu 12 supraleitenden Persistenzschaltern unter Verwendung von Dioden;

Fig. 4 die typische Zeit-Strom-Kennlinie für einen supraleitenden Persistenzschalter;

Fig. 5 eine andere Ausführungsform der Erfindung zur Steuerung eines Satzes von bis zu 10 supraleitenden Persistenzschaltern ohne die Verwendung von Dioden;

Fig. 6 noch eine andere Ausführungsform der Erfindung zur Steuerung eines Satzes von bis zu 15 Persistenzschaltern mit vier Leitern;

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Fig. 7 eine auseinandergezogene Darstellung eines speziellen Persistenzschalters nach der Erfindung; und

Fig. 8 schematisch einen Schnitt durch den Persistenzschalter nach Figur 7.

In Fig. 1 ist ein Kryostat 1 dargestellt, der ein supraleitendes . Magnetsystem für ein Spektrometer für die magnetische Kernresonanz aufnimmt. Der supraleitende Magnet ist in einem Kryostaten 1 mit einer Bohrung 3 derart untergebracht, daß ein Raumtemperaturzugang zum Magnetfeld besteht, das durch die Anordnung innerhalb des Kryostaten 1 erzeugt wird. Die Sonde 5 enthält eine zu untersuchende Probe 7. Eine Stromversorgung 8, ein Sender 9, ein Empfänger 11 und eine Steuereinheit 13 bilden die Basis eines solchen Spektrometers. Solche Instrumente können zusätzliche Einrichtungen aufweisen, wie Datenverarbeitungseinrichtungen und Anzeigeeinrichtungen, die der vorliegenden Erfindung fernstehen. Das supraleitende Magnetsystem weist eine supraleitende Magnetanordnung 50 innerhalb eines hohlen, quasi-sphärischen Kontrollreservoirs 110 auf. Die Einheit weist eine Hauptspule, vier koaxiale Gradientenkorrekturspulen und vier zusätzliche nichtkoaxiale Gradientenkorrekturspulen auf. Die Konstruktion und Anordnung von Gradientenkorrekturspulen (in Fig. 1 nicht näher dargestellt) in einem supraleitenden Magneten ist bekannt und hat mit der Erfindung nichts zu tun. Das Kontrollreservoir 110 ist mit einem Niedertemperaturkühlmittel gefüllt, beispielsweise flüssigem Helium, um die Magneteinheit 50 auf einer Temperatur unterhalb der Supraleitungs-Übergangstemperatur zu halten, so daß die die Magneteinheit 50 bildenden Spulen in einem supraleitenden Zustand gehalten werden können. Das Reservoir 110 ist gegen die Umgebungstemperatur mittels einer Vielzahl von aufeinanderfolgend ineinandergeschachtelten, einander umgebenden Kammern 112, 114, 116 und 118 isoliert. Die Kammern 112, 114, 116 und 118 stehen gegenseitig in Verbindung und sind auf einen sehr niedrigen Druck, beispielsweise

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10~ Torr, evakuiert, um die Wärmeleitung durch sie hindurch zu minimieren. Diese Vielzahl von Kammern bildet ein System von Strahlungsschirmen, um den Wärmetrans port durch Strahlung vom Äußeren des Kryostaten zu reduzieren. Die Kammer 114' ist ein Reservoir für flüssigen Stickstoff, der die Wände der Kammer 114 kühlt, so daß der Wärmetransport durch Strahlung zur Kammer 110 mit flüssigem Helium reduziert wird.

Die ineinandergeschachtelten Kammern haben eine gemeinsame Achse, die durch koaxiale Rohre 111, 113, 115, 117 und 119 definiert ist, die jeweils mit den entsprechenden Kammern 110, 112, 114, 116 und 118 verbunden sind. Die Achse fällt mit der Achse der superleitenden Magneteinheit 50 zusammen, und die ineinandergeschachtelten zylindrischen Bereiche, die so definiert sind, sorgen für einen Zugang zum Magnetfeldbereich 140 für zu untersuchende Proben.

Ein Abgas- und Füll-Rohr 120 sorgt für eine Verbindung zwischen dem Äußeren des Kryostaten und dem Inneren der Zentral kammer 110. Das Rohr 120 aus rostfreiem Stahl zur thermischen Isolierung ist in die koaxialen Zylinder 122, 124, 126 und 128 eingeschachtelt, die alle aus Aluminium hergestellt sind. Elektrische Leiter 129 zur Stromversorgung und Steuerung der supraleitenden Magneteinheit 50 sind durch Rohr 120 geführt und stehen mit einem Anschluß 130 in Eingriff, der im Reservoir 110 für flüssiges Helium angeordnet ist. Es ist zu erwähnen, daß diese Leiter nur dann in den Kryostaten eingeführt sind, wenn der Betrieb des supraleitenden Magneten eingestellt oder in anderer Weise geändert werden soll. Die Anzahl der Leiter 129, die aufgenommen werden muß, setzt eine untere Grenze für den Innendurchmesser des Rohrs 120. Wenn die Leiter mit dem Anschluß 130 in Verbindung stehen, hängt die Verlustsiederate durch Leitung vom"Durchmesser und der Wandstärke des Rohrs 120 aus rostfreiem Stahl und der Gesamtfläche der durch dieses hindurchführenden Leiter ab. Der Beitrag von Konvektion und direkter Strahlung zum Siedeverl.ust hängt von der Differenz zwischen dem

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Gesamtquerschnitt der verschiedenen elektrischen Leiter und der Innenfläche des Rohres 120, d. h. der "offenen Fläche" ab.

Es ist zu erwähnen, daß ein Anregungsstrom lediglich dazu erforderlich ist, einen zirkulierenden Strom in einer supraleitenden Schleife aufzubauen, die ein magnetisches Feld liefert, danach wird ein supraleitender Nebenschluß herbeigeführt, die Stromquelle weggenommen und es wird keine weitere Stromquelle dazu benötigt, den Strom und das entsprechende Magnetfeld zu unterhalten. Ein supraleitender Magnet kann deshalb mit einer Stromquelle angetrieben werden oder statt dessen kann ein supraleitender Zustand für einen Nebenschluß über den Anschlußklemmen einer solchen Spule hergestellt werden und die Stromquelle abgeschaltet werden, um einen persistenten Strom innerhalb der Spule zu erhalten. Es ist üblich, einen Persistenzschalter dazu zu verwenden, um die übergänge zwischen dem Persistenzbetrieb und Außensteuerungsbetrieb für einen supraleitenden Kreis zu verwenden. Ein Persistenzschalter ist formell einem monostabilen Relais ähnlich. Die Supraleitfähigkeit eines Nebenschlusses wird zerstört, indem der supraleitende Zustand des Nebenschlusses in den Normalzustand zurückgeführt wird, so daß der Persistenzbetrieb beendet wird. Ein Solenoidwähler 14 wird dazu verwendet, die Persistenzströme in einer gewählten Teilspule einzuleiten oder zu zerstören, indem ein ausgewählter eines Satzes von Persistenzschaltern gesteuert wird, wie schematisch durch Block 14 angedeutet. Selbstverständlich sind die Persistenzschalter der Anordnung um die Magneteinheit 50 verteilt, wie das zum Anschluß an die jeweiligen Teilspulen zweckmäßig ist, aus denen die Einheit 50 besteht. Ein Supraleiter 20, der über die Eingangsstromanschlüsse eines nicht dargestellten supraleitenden Kreises geschaltet ist, verläuft durch ein dielektrisches Element 23, in das auch ein Widerstandsheizelement 24 eingebettet ist (Fig.2^ Wenn Heizstrom an das Widerstandselement 24 gelegt wird, wird der supraleitende Zustand

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des Nebenschlusses 20 zerstört. Wenn der Heizstrom weggenommen wird, wird der Nebenschluß 24 mit dem Kühlmittel (flüssigem Helium) gekühlt und kehrt in seinen supraleitenden Zustand zurück.

Fig. 2 zeigt eine bekannte Anordnung zur Steuerung von neun Teilspulen oder Wicklungsabschnitten mit neun Persistenzschaltern. Für diese Anordnung werden zur Kontrolle von ρ Persistenzschaltern ρ + 1 elektrische Leiter benötigt zur Verbindung mit dem Äußeren des Kryostaten. Da diese elektrischen Leiter auch Wärmeleiter sind, verbessert eine Herabsetzung der Zahl dieser Leiter den Grad der thermischen Isolierung für das Innere des Kryostaten.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 werden vier Leiter dazu benutzt, bis zu zwölf Persistenzschalter zu betätigen. Jeder Persistenzschalter weist eine Diode in Reihe mit dem Schalterheizelement auf. Die Persistenzschalter, die jeder mit der betreffenden Funktion entsprechend Fig. 2 bezeichnet sind, stehen in einer Eins-zu-Eins-Beziehung zu der Hauptspule und den acht Gradientenkorrekturspulen, wobei jede mit der Koordinate der Gradientenkorrekturfunktion bezeichnet ist, die sie durchführt. Vier Korrekturspulen, die mit Z , Z , Z bzw. Z bezeichnet sind, werden dazu benutzt, die Homogenität der Z-Komponente des Feldes (die Zylinderachse der Hauptspule fällt mit der Z-Achse zusammen) zu trimmen. Die restlichen vier Trimmspulen korrigieren Magnetfeldgradienten in Richtungen, die durch die jeweiligen Bezeichnungen angedeutet sind. Drei zusätzliche Persistenzschalter können bei dieser Anordnung vorgesehen sein. Die Analyse der Schaltung nach Fig. wird durch die folgende Tabelle unterstützt:

TABELLE I : Vierleiter - Diodenarray Leiter A B C D

A	_	Reserve	1	Haupt	Z⁴
B	YZ	-		Z²	Y
C	Z¹	Z³		-	Reserve 2
D	X	XY		Reserve 3

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In der obigen Tabelle kann die Erregung von zwei beliebigen Leitern A, B, C oder D ausgewählt werden, wobei zusätzlich Vorwärts- oder Rückwärtsspannung gewählt werden kann. Die Anzahl der Elemente außerhalb der Diagonalen in einer zweidimensional en quadratischen Array beträgt η χ η - η: deshalb können mit der Ausführungsform nach Fig. n(n-l) Persistenzschalter gesteuert werden.

In dieser Anordnung kann auch die neuartige Form eines Persistenzschalters verwendet werden, bei dem die durch eine in Vorwärtsrichtung betriebene Diode entwickelte Wärme zur Steuerung des Supraleitfähigkeitsübergangs verwendet wird, wie sie in Verbindung mit Fig. 7 und 8 später erläutert wird.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird ein rein auf Widerstandsbasis arbeitender Persistenzschalter zur Schalterwahl verwendet. Wegen der Wärmeleitung zwischen dem Heliumbad und dem beheizten Teil des Supraleiters des Schalters ist ein Schwellwertstrom notwendig, um den Schalter zu betätigen. Fig. 4 zeigt die Ein- und Aus-Schalt-Kennlinie für einen typischen Persistenzschalter. Ein Schalter nach dieser Konstruktion, der beispielsweise 60 mA zieht, erfordert größenordnungsmäßig fünf Sekunden zum Einschalten, d.h. dafür, daß die Temperatur des Nebenschlusses über den Übergangspunkt steigt, wenn der Strom zum Schalter geschickt wird, während der supraleitende Zustand in Zeitspannen in der Größenordnung von 1 Sekunde wiederhergestellt wird, wenn Strom vom Heizelement des Schalters weggenommen wird.

Eine Ausführungsform, in der das Stromansprechverhalten ausgenützt wird, ist in Fig. 5 dargestellt. Wieder ist es erwünscht, selektiv irgendeine von neun supraleitenden Spulen zu erregen. Die entsprechenden Persistenzschalter sind wieder so miteinander verschaltet, daß ein Array gebildet wird, das dahingehend charakterisiert werden kann, daß für irgendein ausgewähltes Leiterpaar eine Reihenschaltung von zwei

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Schaltern parallel zum "ausgewählten" Schalter liegt. Da die Schaltereingangswiderstände gleich sind, fließen nur 32,5 mA in der durch die parallel geschaltete Reihenkombination mit dem Gesamtwiderstand 2R gemäß Fig. 5A, wenn ein bestimmter Strom zugeführt wird, mit dem beispielsweise 65 mA im ausgewählten Schalter mit dem Widerstand R fließen. Im Falle der Fig. 5A sind die Leiter A und C ausgewählt, um den Schalter zu betätigen, der die Hauptspule steuert. Identische Persistenzschalter, die die Korrekturspul ei
um betätigt zu werden.

die die Korrekturspulen Z und YZ steuern, ziehen nicht genügend Strom,

Die Analyse des Array nach Fig. 5 wird durch die folgende Tabelle II unterstützt:

TABELLE II : Fünfleiter-Persistenzschalter-Array ABCDE

A-Y Reserve Haupt Z³

B XZ Z¹ Z⁴

C - Z² X

D - YZ

Da die Schalter-Heizspulen keine Möglichkeit aufweisen, die Stromrichtung zu unterscheiden, kann nur die Hälfte der außerhalb der Diagonalen liegenden Elemente unterschieden werden. Es können also bis zu n(n-l)/2 Schalter mit η Leitern selektiert werden.

Es gibt noch eine dritte. Ausführungsform zur Minimierung der Anzahl η von elektrischen, und damit thermischen Leitern zur Steuerung von ρ Persistenzschaltern. Gemäß Fig. 6 steht eine Anzahl η (hier vier)

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Leiter A-D mit einem Binär-Hexadezimal-(Oktal)-Wandler innerhalb des Kryostaten 1 in Verbindung, um die maximale Informationsübertragungskapazität auszunutzen, die von den η Leitern zur Verfügung gestellt wird. Solche Codier-/Decodier-Wandler oder -Converter sind bekannt und Details des Aufbaus brauchen deshalb hier nicht dargelegt zu werden. Ein solcher Converter schafft die Möglichkeit, mit η Leitern 2ⁿ - 1 unabhängige Schaltungen, wie Persistenzschalter, zu steuern.

Im Betrieb betrug die gesamte Siedeverlustrate an flüssigem Helium bei einem bekannten Kryostaten, der einen Magnet vergleichbar dem Magneten aufnahm, etwa 30 cm pro Stunde. Ein supraleitender Magnet, bei dem die Steueranordnung nach Fig. 3 verwendet wurde, zeigte eine Siedeverlustrate von etwa 6 cm pro Stunde. Teilweise ist diese Herabsetzung auf die erheblich reduzierte Fläche der Füll- und Entlüftungsrohre zurückzuführen, mit denen die weniger Leiter aufgenommen werden, die während der Änderung der supraleitenden Spulen erforderlich sind. Zu jeder Zeit reduzieren die Abmessungen des Rohrs 120 den Wärmetransport durch Leitung und Strahlung zum Reservoir 110 für flüssiges Helium.

Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die Steuerung von Spulen und Spulenwicklungen. Eine Anzahl von Persistenzschaltern kann für andere Steuerzwecke verwendet werden und im Rahmen der Erfindung liegen, wenn die Anzahl der Persistenzschalter-Steuerleitungen, die eine Verbindung zwischen dem Inneren und Äußeren eines Kryostaten schaffen, minimiert werden soll.

In Fig. 7 ist eine spezielle Ausführungsform eines Persistenzschalters dargestellt, der für die Ausführungsform nach Fig. 3 speziell geeignet ist. Eine isolierende Hülse 10 bildet dab Gehäuse, innerhalb dessen eine Diode 12 montiert ist. Der Klarheit halber ist hier die Hülse 10 abgenommen dargestellt. Die Montage wird dadurch durchgeführt, daß das ganze Gehäuse 10 mit einem nicht dargestellten Epoxyharz 14 gefüllt ist, oder dadurch, daß die Endteile des Gehäuses 10 gefüllt werden, die die Enden der Diode 12 umfassen, so daß die Diode 12 auf diese Weiso festgelegt wird.

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Eine Bucht aus supraleitendem Draht 16 wird mit mehreren Windungen Manganindraht 18 im thermischen Kontakt mit der Diode 12 gehalten. Manganindraht wird wegen seiner geringen Wärmeleitfähigkeit relativ zu den Kupferleitungen der Diode 12 bevorzugt. Andere, äquivalente Drähte mit geringer Wärmeleitfähigkeit würden ebenfalls brauchbar sein. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der Manganindraht 18, der den Superleiter an der Diode 12 befestigt, auch als Zuleitung zu einer Klemme der Diode 12 verwendet. Ein weiterer Manganindraht 18' wird dazu verwendet, die restliche Zuleitung von der Diode 12 zu bilden: Die Manganindrähte 18, 18' zur Diode 12 wurden als nützlich bei der Herabsetzung der Wärmeverluste von der Diode 12 an das umgebende Heliumbad längs der Diodenzuleitungen gefunden.

Der Persistenzschalter nach Fig. 7 ist im Schnitt in Figur 2 dargestellt.

Eine 1N5817 Schottky-Diode ist in der bevorzugten Ausführungsform als Heizelement verwendet worden, wenn auch kleine Silicium- oder Germanium-Dioden anstelle der Schottky-Diode verwendet werden können. Solche alternativen Silicium- oder Germanium-Diöden werden jedoch bei Temperaturen von 1
aufweisen.

türen von flüssigem Helium (4,2° K) erheblich höhere Einschaltspannungen

Die verwendete Epoxy-Gießharz-Mischung ist Emerson and Cumming, Stycast 1090 - Catalyst 9. Zweifellos würden sich andere Materialien ebenfalls als zweckmäßig für den Zweck erweisen.

Das Treibsignal für den Persistenzschalter nach dieser AusfUhrungsform der Erfindung ist eine Konstantspannungsquelle von etwa 1,4 Volt in Reihe mit einem Strombegrenzungswiderstand von etwa 10 Ohm. Es könnte aber auch eine Konstantstromquelle verwendet werden. Ein Spannungsabfall von 0,8 V ist für die oben erwähnte Schottky-Diode charakteristisch, damit wird ein Strom von 60 mA gezogen, wenn die Diode in Durchlaßrichtung betrieben wird.

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Claims

Vl P484 D 29U6040 Patentansprüche

1. Supraleitungs-Magnetanordnung mit mehreren in einem Kryostaten angeordneten supraleitenden Spulen und Persistenzschaltern für diese Spulen, bestehend aus einem superleitenden Draht und einem Heizelement für diesen, das an aus dem Kryostaten herausführende Steuerleitungen anschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl η der Steuerleitungen kleiner ist als die Zahl ρ der Persistenzschalter und eine Schaltmatrix vorgesehen ist, mit der durch Erregung einer Steuerleitung ein bestimmter von wenigstens zwei an eine andere Steuerleitung angeschlossenen Persistenzschaltem selektierbar ist.

2. Supraleitungs-Magnetanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmatrix ein Binär-Hexadezimal-Konverter ist, mit dem durch η Steuerleitungen bis zu ρ = 2ⁿ - 1 Persistenzschalter selektierbar sind.

3. Supraleitungs-Magnetanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Persistenzschalter selbst zu einer Schaltmatrix verbunden sind.

4. Supraleitungs-Magnetanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Persistenzschalter jeweils eine Diode aufweisen.

5. Supraleitungs-Magnetanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Diode das Heizelement des Persistenzschalters bildet.

6. Supraleitungs-Magnetanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die an die Diode angeschlossenen Leitungen aus einem Material mit niedriger Wärmeleitfähigkeit bestehen.

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7. Supraleitungs-Magnetanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die an die Diode angeschlossenen Leitungen aus Manganin bestehen.

8. Supraleitungs-Magnetanordnung nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die an die Diode angeschlossenen Leitungen die supraleitende Leitung in Wärmekontakt mit der Diode halten.

9. Supraleitungs-Magnetanordnung nach einem der Ansprüche 5-8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Persistenzschalter in einer isolierenden, dicht abgeschlossenen Hülse angeordnet ist.

10. Supraleitungs-Magnetanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse mit einem Epoxyharz gefüllt ist.

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