DE3324872A1

DE3324872A1 - Superleitende magnetische abschirmvorrichtung

Info

Publication number: DE3324872A1
Application number: DE19833324872
Authority: DE
Inventors: John Richard 50010 Ames Ia. Clem
Original assignee: US Department of Energy
Current assignee: US Department of Energy
Priority date: 1982-07-09
Filing date: 1983-07-09
Publication date: 1984-01-12
Also published as: US4409579A; JPH0433149B2; FR2530112A1; GB2123639A; FR2530112B1; JPS5923580A; GB2123639B; CA1202685A; GB8315005D0

Description

R-6021

SUPERLEITENDE MAGNETISCHE ABSCHIRMVORRICHTUNG

Die Erfindung bezieht sich auf eine superleitende Abschirmvorrichtung sowie auf ein Verfahren zum Vorsehen eines ultra-niedrigen Magnetfeldes.

Allgemein bezieht sich die Erfindung auf magnetische Abschirmanordnungen/ um ultra-niedrige Magnetfeldzonen unterhalb von 10 gauss vorzusehen. Solche Zonen oder Regionen werden in steigendem Maße benötigt. Ein wichtiges Beispiel ist die Entwicklung von Computern mit einem superleitenden Speicher,in welchem die Information in der Form von Bits gespeichert wird, und zwar repräsentiert durch

> ·-." ' "··'*··' 332A872

das Vorhandensein oder NichtVorhandensein von winzigen lokalisierten Magnetfeldbündeln, wobei jedes Bündel ein Magnetflußguantum 0_Q = 2,07 χ 10 gauss χ cm² führt. Ein derartiger Speicher sollte langsam durch seine superleitende Übergangstemperatur in einem sehr geringen Magnetfeld abgekühlt werden. Anderenfalls würde der Speicher ein Glied aus unerwünschten Magnetflußquanten einfangen, was Rechenfehler hervorrufen würde. Eine Speicherfläche von 10 cm χ 10 cm würde ungefähr 500 unerwünschte Flußquanten dann einfangen, wenn die Abkühlung in einem Feld von 10 gauss erfolgt, während keine Quanten dann eingefangen werden, wenn

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das Feld weniger als 10 gauss beträgt.

Übliche Mu-Metallabschirmungen erzeugten Magnetfelder bis hinab zu 10 gauss, und zwar mit Drifts in der Größenordnung von 10 gauss/min., wobei dies die untere Grenze dieser Abschirmart zu sein scheint. Andere Abschirmverfahren wurden dadurch vorgesehen, daß man eine Reihe von dünnwandigen Mu-Metallabschirmungen nestartig einsetzte. Diese Verfahren sind jedoch durch die physikalischen Grenzen des verwendeten Materials begrenzt und sie erzeugen nur bescheidene zusätzliche Verringerungen der Magnetfeldpegel. Andere Anordnungen zum Erhalt niedriger Magnetfeldzonen sind Anordnungen aus Helmholtz-Spulen mit oder ohne Rückkopplungsschaltung, die gesteuerte Magnetfelder zur Auslöschung unerwünschter detektierter Magnetfelder erzeugen. Solche Anordnungen haben sich bei der Aufrechterhaltung ultra-niedriger Magnetfeldzonen nicht als effektiv erwiesen.

Eine vollständig unterschiedliche magnetische Äbschirrnart wurde durch die Entdeckung der Superleitfähigkeit möglich gemacht. Während des wahrhaft den Wert Null besitzenden

Gleichstromwiderstands eines Superleiters, bleibt das Magnetfeld innerhalb einer superleitenden Abschirmung bei einem sich ändernden extern angelegten Feld konstant, da die in dem Superleiter induzierten Abschirmströme nicht abfallen. Seit der Entdeckung der Superleitfähigkeit wurden mehrere Versuche unternommen, innerhalb superleitender Abschirmgefäße ultra-niedrige Magnetfelder zu erzeugen. Mit der derzeitigen Technologie war es jedoch nicht möglich, in bequemer Weise die von Natur aus erzeugten Umgebungsmagnetfelder auf niedrige Werte über praktische Arbeitsvolumina hinweg zu vermindern.

Unter den verschiedenen Abschirmgefäßkonfigurationen sind Zylinder besonders brauchbar, da sie den Zugang zu einer feldfreien Zone aus mehreren Richtungen gestatten. Obwohl erkannt wurde, daß ein unendlich langer Zylinder in der Lage ist ein angelegtes Magnetfeld zu vermindern, so kann doch in der Praxis ein Zylinder keine unendliche Länge aufweisen. Infolgedessen erfahren praktische Zylinderabschirmungen eine Komponente des angelegten Magnetfeldes, die durch die offenen Zylinderenden dringt und exponentiell mit dem Abstand von diesen Enden abnimmt. Die niedrigsten Innenfelder sind daher in der Mitte eines praktisch ausgeführten Zylinders zu erwarten. Es wurde jedoch entdeckt, daß die durch die Theorie vorhergesagten ultra-niedrigen Magnetfelder nicht erreicht wurden, und zwar selbst nicht in der Mitte solcher Zylinder, und zwar infolge von Flußquanten, die in der Zylinderwand nahe der Mitte des Zylinders eingefangen oder festgelegt wurden, wenn der Superleiter durch seine superleitende Übergangstemperatur abgekühlt wird.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, Mittel sowie ein Verfahren anzugeben, um in einfacher Weise einen

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niedrigen Pegel aufweisenden Magnetflußquanten zu entfernen, die in zylindrischen superleitenden Magnettischenabschirmungen eingefangen sind.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, Mittel vorzusehen, um die Kernbildung oder Nukleation von neuen Magnetflußquanten an den Zylinderenden zu verhindern, und um ferner die darauffolgende nach innen gerichtete Wanderung von Flußquanten von den Zylinderenden in die Mittelzone des Zylinders zu verhindern.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, Reservoirs vorzusehen, und zwar für die nach außen gerichteten Flußquanten (Wirbel) und die nach innen gerichteten Flußquanten (Gegenwirbel) in einer superleitenden Magnettischenabschirmung derart, daß die Reservoirs das Erreichen eines Endzustands der magnetischen Abschirmung ermöglichen, in der keine longitudinalen magnetischen Flußquanten durch den Raum innen gegenüber der Mittelzone des superleitenden zylindrischen Mantels eindringen.

Diese sowie weitere Ziele der Erfindung werden durch eine magnetische Abschirmung erreicht, die einen neuen superleitenden zylindrischen Mantel (Schale) aufweist, der eine langgestreckte zentrale niedrige magnetisch festlegende (pinning) Zone aufweist, und zwar angeordnet zwischen hohen magnetisch festlegenden Endzonen. Zwischen der zentralen und den Endzonen angeordnete Übergangszonen oder Regionen des Zylinders bilden Reservoirs für magnetische Wirbel und Antiwirbel. Ein aus Normal-Metall bestehender oder isolierender _Zylinder konzentrisch und sich gleich erstreckend mit dem superleitenden Mantel,dient als mechanische Trag-

struktur für den superleitenden Mantel. Ein elektrischer Strom wird an die Endzonen des superleitenden Mantels angelegt. Die Stromgröße wird derart gewählt, um den kritischen End-festlegenden Strom in der Zentralzone des Mantels zu übersteigen, und zwar derart, daß die zuvor in der Zentralzone eingefangenen Magnetflußguanten in Bewegung getrieben werden, und zwar in nahezu kreisförmige Pfade um den Umfang des Zylindermantels herum. Diese zirkulären oder kreisförmigen Pfade umfassen entweder Wirbel- oder Antiwirbel-Pfade, die in gleicher Anzahl vorhanden sind. Sämtliche Wirbel- und Antiwirbel-Pfade, welche einander schneiden, haben die Flußauslöschung zur Folge. Diejenigen Wirbel- und Antiwirbel-Pfade, die einander jedoch nicht schneiden, sind einer zweiten magnetomotiven Kraft eines longitudinalen Magnetfeldes eines äußeren koaxialen Solenioden (Elektromagneten) ausgesetzt, der mit Abstand gegenüber dem superleitenden Mantel angeordnet ist und diesen umgibt. Infolge des Meissner Effekts werden umfangsmäßig gerichtete Ströme in dem superleitenden Mantel induziert, wobei der induzierte Strom größer ist als der kritische End-Festlegungsstrom der Zentralzone des superleitenden Mantels. Infolgedessen werden die in dem superleitenden Mantel eingefangenen Wirbel in eine Übergangszone bewegt, und die Gegenwirbel in dem superleitenden Mantel werden zur entgegengesetzten Übergangszone bewegt. Das Magnetfeld des koaxialen Solenioden kann auch umgekehrt werden, was bewirkt, daß die in den Übergangszonen eingefangenen Wirbel und Gegenwirbel sich über die zentrale superleitende Mantelzone zu den entgegengesetzt angeordneten Übergangszonen bewegen. Auf diese Weise werden die Wirbel und Gegenwirbel von den superleitenden Mantelwänden in der Zentralzone entfernt und der Superleiter wird in einen Zustand gebracht, in dem keine Flußquanten durch den Raum dringen können, der intern zur Zentralzone des superleitenden Mantels liegt.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 bis 5 jeweils Querschnitte unterschiedlicher

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen superleitenden magnetischen Abschirmen-Ordnung.

In Fig. 1 ist eine verallgemeinerte Magnetschirmanordnung gemäß der Erfindung dargestellt und weist ein Tragelement oder einen Normal-Metallzylinder 12 auf, vorzugsweise ausgebildet aus Aluminium oder einem ähnlichen elektrischen Leiter. Dieser Leiter ist hinreichend rein, so daß jedwede durch magnetische Verunreinigungen erzeugte magnetische Restfelder vernachlässigbar klein sind. Ein superleitender zylindrischer Mantel 14 umgibt den Zylinder 12 und steht mit diesem in enger Berührung, um so eine elektrische Verbindung damit zu schaffen. Im Falle eines unbeabsichtigten Temperaturanstiegs und eines Superleitung-Auf-Normal-Übergangs des superleitenden Mantels 14, der einen hohen Strom führt, schützt der Zylinder 12 elektrisch den superleitenden Mantel 14 durch Vorsehen eines Shunt- oder alternativen Parallelstrompfades bis der Strom ausgeschaltet werden kann. Der Zylinder 12 kann auch aus Isoliermaterial ausgebildet sein, wie beispielsweise aus geschmolzenem Quarz, wobei aber solches Isoliermaterial nicht den automatischen elektrischen Schutz für den superleitenden Mantel 14 gewährt. In einer solchen Vorrichtung sind zusätzliche elektronische Vorrichtungen erforderlich, um einen schnellen Schutz dann vorzusehen, wenn ein unbeabsichtigter Superleitung-Auf-Normal-Übergang in einem Strom führenden superleitenden Mantel 14 auftritt, um so den Strom so schnell als möglich abzuschalten, um so das Ausbrennen des Mantels 14 zu vermeiden. Wie in Fig. 1 gezeigt, ist der Mantel 14

AS

- r-

eine praktikable Approximation eines langen Zylinders mit einem Innenradius R, der wesentlich kleiner ist als seine Gesamtlänge L₁. In Fig. 1 sind die Dimensionen insbesondere die Dicken der Mantelwände in Radialrichtung aus Gründen der Klarheit übertrieben. Der Mantel 14 besteht aus einer Mittelzone 16 und Endzonen 18, 20. Ubergangszonen 22, 24 liegen zwischen der Mittel- oder Zentralzone 16 und den Endzonen 18 bzw. 20. Die Mittelzone 16 ist aus superleitendem Material, hergestellt mit einem relativ niedrigen Wert des kritischen End-Festlegungsstroms, wohingegen die Endzonen 18, 20 aus superleitenden Materialien hergestellt sind, die relativ hohe Werte des kritischen End-Festlegungsstromes besitzen. Die Ubergangszonen 22, 24 sind Superleiter, dessen kritischer End-Festlegungsstrom sich monoton von Ende zu Ende verändert, wobei die Enden dieser Übergangszonen benachbart zur Mittelzone 16 einen niedrigen Wert des kritischen End-Festlegungsstroms besitzen, und die Enden benachbart zu den Endzonen. 18, 20 haben einen hohen Wert des kritischen End-Festlegungsstromes .

Es gibt zahlreiche Möglichkeiten, durch welche die gewünschten Eigenschaften des superleitenden Mantels 14 erreicht werden können. Beispielsweise könnte der Mantel aus Niob hergestellt sein und vorzugsweise eine Dicke aufweisen, die sich entlang der Länge des Zylinders verändert. Eine solche Anordnung ist in Fig. 2 gezeigt, wo gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, allerdings unter Hinzufügung eines "a". Fig. 2 zeigt einen partiellen Längsschnitt eines abgewandelten Mantels 14a. Der Mantel 14a besitzt innere bzw. äußere Oberflächen 34a bzw. 36a. Die Dicke des Mantels 14a, die derart gewählt ist, daß sie einen Wert von 0,5 um in der Mittelzone 16a und 5 \xm in den Endzonen 18a, 20a besitzt, ändert sich glatt (stecig) zwischen diesen Werten in den Übergangszonen 22, 24. Da die kritische End-Festlegungsstromdichte nahezu gleichförmig durch das Niob hindurch ist, wird der

— Beergebende kritische End-Festlegungsstrom als ungefähr 10 mal größer in den Endzonen 18a, 20a berechnet, als in der Mittelzone 16a, und er ändert sich glatt, (d.h. stetig) zwischen diesen Grenzwerten in den Übergangszonen 22a, 24a.

Es sei nunmehr auf Fig. 3 Bezug genommen, wo die gleichen Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, hier aber unter Hinzufügung eines "b". Fig. 3 ist ein Teillängsquerschnitt eines alternativen superleitenden Mantels 14b gemäß der Erfindung. Der Mantel 14b besitzt eine Innenoberfläche 34b und eine Außenoberfläche 34b (36b);(die Fig. 3 mit 34a bezeichnet). Eine Mittelzone 16b des Mantels 14b besteht aus Niob von gleichförmiger Dicke. Die Endzonen 18b, 20b sind aus Nb-.Sn (Niob-Zinn) von annähernd dergleichen Dicke wie die Mittelzone 16b hergestellt. Die modifizierten Übergangszonen 22b, 24b weisen eine Lage oder Schicht 25 aus Niob und eine Lage oder Schicht 26 aus Nb.-Sn auf, wobei die Gesamtdicke der verbundenen Schichten 25, 26 annähernd konstant entlang der Länge der Übergangszone über die ganze Übergangszone hinweg verbleibt, während sich die Nb_Sn-Dicke glatt (stetig) von ihrem Maximalwert benachbart zu einer Endzone auf Null benachbart zur Mittelzone verändert, wobei sich die Niobdicke glatt (d.h. stetig) von ihrem Maximalwert benachbart der Mittelzone aus, auf den Wert Null benachbart zu einer Endzone verändert. Weil die kritische End-Festlegungsstromdichte von Nb-,Sn typischerweise um einen Faktor 10 größer ist als die von Niob, wird diese Anordnung das gewünschte kritische End-Festlegungsstromprofil erzeugen.

Ein Verfahren zur Konstruktion dieser Anordnung sieht die Verarbeitung eines zylindrischen Kupfermantels vor, und zwar mit Zonen von unterschiedlichen Zinnkonzentrationen, wobei die höchste Konzentration in den Endzonen vorgesehen ist, wobei die Konzentration in den Endzonen abnimmt, wobei prak-

AH

tisch kein Zinn in der Mittelzone vorhanden ist. Eine Niobschicht von gleichförmiger Dicke, typischerweise 0,5 μΐη, wird auf dem zylindrischen Kupfermantel abgeschieden. Die Anordnung wird sodann bei der Temperatur von ungefähr 750⁰C zur Reaktion gebracht, derart, daß die Zinnatome in die Niobschicht diffundieren, was deren vollständige Umwandlung in Nb₃Sn in den Endzonen 18b, 20b bewirkt. Ein ähnliches Verfahren tritt auch in den Übergangszonen 22b, 24b auf, mit der Ausnahme, daß hier nur ein Bruchteil des Niobs in Nb-Sn umgewandelt wird, wobei dieser Bruchteil stetig oder glatt von einem relativ hohen Wert benachbart zu den Endzonen auf Null benachbart zur Mittelzone abnimmt.

Für jeden Zentimeter der Umfangspfadlänge um jeden der oben beschriebenen zylindrischen Mäntel herum, sind die kritischen End-Festlegungströme bei einer Temperatur von 4,2K typischerweise 10 Ampere für die Mittelzone und 10 Ampere für die

2 3 Endzonen, wobei die Übergangszonen monoton von 10 auf 10 Ampere von Ende zu Ende variieren.

Um den gewünschten Endzustand der Magnetabschirmung zu erhalten, (indem keine Flußquanten entweder durch das Innere oder die Wände der Mittelzone dringen) muß der anfangs in den superleitenden Mantelwänden während der Abkühlung durch die superleitende Übergangstemperatur· eingefangene Magnetfluß in der Form einzeln quantisierter Flußquanten 0_n der Größe

-7
2,07 χ 10 gauss χ cm² sein. Dieses Erfordernis diktiert, daß von den vielen bekannten superleitenden Materialien,die zur Herstellung der Abschirmung gemäß der Erfindung ausgewählt werden könnten, man entweder einen Type-II-Superleiter, in dem der Magnetfluß stets in der Form einzeln quantisierter Flußquanten vorliegt, oder ein Type-I-Superleiter mit einer Dicke kleiner als der kritischen Dicke ausgewählt werden sollte. Der magnetische Fluß tritt in einen dicken Type-I-Super-

ο α η ¹^

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leiter in der Form großer vielfach quantisierter Domänen ein. Wenn jedoch der Superleiter dünner ist als die kritische Dicken-Charakteristik des Materials, dann tritt der magnetische Fluß in den Superleiter in der Form einzeln quantisierter Flußquanten ein.

Die obigen Anordnungen sehen einen superleitenden zylindrischen Mantel vor mit einer Mittelzone, in der der eingefangene Fluß leicht entfernt werden kann, während die Kernbildung oder Nukleation neuer magnetischer Flußquanten an den Zylinderenden und auch jedwede nach innen gerichtete Wanderung von Flußquanten von den Zylinderenden in die Zentralzone verhindert wird. Ferner wird ein Reservoir von Wirbeln und Antiwirbeln durch die Übergangszonen vorgesehen, die zwischen der niedrig-festlegenden Mittelzone und den hoch-festlegenden Endzonen des Mantels vorgesehen sind.

Die Fig. 4 und 5 zeigen alternative Kontruktionen der erfindungsgemäßen Magnetschirmanordnung, wobei gleiche Elemente wiederum mit dem gleichen Bezugszeichen, aber diesmal unter Hinzufügung der Buchstaben "c" bzw. "d" bezeichnet sind. In Fig. 4 ist eine magnetische Abschirmanordnung 10c in einer Kompaktanordnung mit ungefähr der Hälfte der Länge der Anordnung der Fig. 1 dargestellt. Die Radialabmessungen sind in Fig. 4 aus Gründen der Klarheit übertrieben. Bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind superleitender Mantel 14c, Zylinder 12c und der Elektromagnet 28c an einem Ende sich verjüngend ausgebildet. Das Niedrigfeld-Arbeitsvolumen dieser Anordnung,bezeichnet durch das Bezugszeichen 52, erhält seinen Zugang durch das weite Ende 54 des Zylinders 12c. Da ümgebungsmagnetfeider schneller in dem verjüngten Teil der Abschirmanordnung gedämpft werden, kann der verjüngte Teil 56 der Abschirmung 10c viel kürzer sein als der breite Teil, wodurch die Gesamtlänge der Magnetabschirmung vermindert wird. Es muß Sorgfalt walten, um die Dicke

-YT-

der Mittelzone 16c des Mantels 14c zu formen, um in inverser Weise als sein Innenradius zu variieren, derart,, daß für einen gegebenen Längsstrom durch die Mittelzone 16c die Stromdichte konstant bleibt. Ferner sollte die Mittelzone 16c derart geformt sein, daß ihr Radius und ihre Dicke sich stetig entlang der Zylinderlänge verändern. Anderenfalls tritt eine erhöhte Festlegung von Flußquanten an den Punkten auf, wo der Radius und Dicke Diskontinuitäten aufweisen. Zudem sollte der Elektromagnet 26c derart ausgelegt sein, daß er parallel zum superleitenden Mantel 14c ein Magnetfeld erzeugt, das proportional zur örtlichen Dicke des Mantels 14c ist, so daß die azimuthale Stromdichte vermindert während des elektromagnetischen Feld-Manipulationsschritts konstant entlang der Länge des Mantels 14c ist.

Fig. 5 zeigt eine alternative Magnetabschirmanordnung 1Od, die einen superleitenden Mantel 14d, einen Zylinder 12d und einen Koaxial-Solenoid oder Elektromagnet 28d aufweist. Die Radialabmessungen sind in Fig. 5 aus Gründen der Klarheit übertrieben. Bevor Strom an den Elektromagneten 28d angelegt wird, ist der superleitende zylindrische Mantel 14d derart angeordnet, daß er gleichförmige und magnetische Festlegeigenschaften über seine ganze Länge hinweg besitzt, d.h. gleichenförmigen kritischen End-Festlegungsstrom. Bei dieser Anordnung besitzt der Elektromagnet 28d eine Länge L^₁ und einen Innenradius R₂I* ^{Der Mante}l 14d besitzt eine Länge L₄₂ die wesentlich langer ist als die Länge L₃₁ des Elektromagneten 28d. Teile 64, 66 des Mantels 14d erstrecken sich über den Elektromagneten 28. Wenn der Mantel 14d gleichzeitig sowohl einem Längs- oder Longitudinalstrom als auch dem Magnetfeld des Elektromagneten 28d ausgesetzt ist, so ist die induzierte Netto-Stromdichte im Mittelteil 16d des Mantels 14d am größten. Die Länge des Mittelteils 16d ist L₉₁, und zwar koexuensiv oder sich gemeinsam erstreckend mit dem Elektromagneten 28d. Der induzierte Nettostrom ist in

- 0-2 -

benachbarten Teilen 22d, 24d des Mantels 14d kleiner und noch kleiner in den Endteilen 18d, 2Od des Mantels 14d, und zwar deshalb, weil das durch den Elektromagneten 28d erzeugte Magnetfeld an den Enden 64, 66 des Mantels 14d schwächer ist, wie dies durch die gestrichelten Magnetfeldlinien 70 der Fig. 5 angedeutet ist. Die Wirbel und Gegenwirbel werden daher am leichtesten in der Mittelzone 16d des Mantels 14d, weniger leicht in den Übergangszonen 22d, 24d und am leichtesten in den Endzonen 18d, 20d end-festgelegt oder freigesetzt.

Die Anordnung gemäß Fig. 5 würde mit wenigen Unterschieden ähnlich wie die Anordnung gemäß Fig. 1 arbeiten. Der Abkühlschritt ist im wesentlichen der gleiche wie zuvor und die zwei oben erwähnten Elektromagnetfeldspulen wurden wahrscheinlich benötigt werden. Während des stromverminderten Löschschrittes jedoch würde das Elektromagnet- oder Solenoidfeld erregt werden müssen. Andererseits würde der kritische End-Festlegungsstrom gleichzeitig überall entlang der Länge des superleitenden Zylinders 14d erreicht werden und die beschriebenen Reservoirs aus Gegenwirbeln und Wirbeln in den Übergangszonen 22d, 24d würden durch Auslöschung zerstört. Wenn jedoch das Elektromagnetfeld erregt ist, so könnte die Vektorsumme aus der induzierten Stromdichte,erzeugt über den Elektromagneten und der angelegten Longitudinalstromdichte, den kritischen End-Festlegungswert der Mittelzone übersteigen, aber nicht in den Übergangs- und End-Zonen. Bei dieser Betriebsart würden sich die Wirbel und Gegenwirbel längs schraubenlinienförmiger Pfade bewegen, wobei sich die Wirbel in einer Richtung und die Gegenwirbel in der entgegengesetzten Richtung bewegen. Die Auslöschung würde wie zuvor auftreten, so daß sämtliche Wirbel und Gegenwirbel aus der Mittel zone 16d des Mantels 14d herausgebracht würden. Der Elektromagnet- oder Solenoidfeld-Manipulationsschritt konnte, wie unter Be-

- Vi, -

zugnahme auf Fig. 1 erläutert, ausgeführt werden, aber die Verwendung von sowohl dem Longitudinalstrom als auch dem Solenoidfeld würde die Wirbel- und Gegenwirbelbewegung leichter induzieren.

Der Vorteil der Anordnung gemäß Fig. 5 wird relativ leicht bei der Herstellung der superleitenden Abschirmung realisiert, da die Abschirmung in einfacher Weise eine gleichförmige Schicht aus Superleiter auf einem Normal-Metallzylinder aufweist. Die Dicke "d" des Mantels 14d würde noch immer kleiner als d gegeben durch Gleichung (1) sein

max

müssen und größer als die jeweilige Minimumdicke, die erforderlich ist, um die gewünschte Abschirmung gemäß Gleichung (3) zu ergeben. Der Nachteil besteht darin, daß man wesentlich sorgfältiger sein müßte bei der Einstellung auf kleine Werte H_([ und H.. , und man müßte auch sorgfältiger sein bei der Einstellung des angelegten Stroms und des Magnetfeldes während des strominduzierten Auslöschungsschritts und des Solenoidfeld-Manipulationsschritts.

Die oben beschriebenen Magnetabschirmanordnungen verwendeten Kreiszylinder. Gemäß der Erfindung könnten jedoch auch andere hohle langgestreckte Formen verwendet werden und sollen auch durch den allgemeinen Gebrauch des Ausdrucks "Zylinder" mitabgedeckt werden. Beispielsweise könnte die hohle langgestreckte Form oder der Zylinder der Magnetabschirmung einen elliptischen Querschnitt besitzen. Bei dieser Anordnung müßten jedoch die Magnetfelder des Solenoiden derart angeordnet werden, daß die asymmetrische Geometrie des elliptischen Zylinders berücksichtigt wird.

Nachdem nunmehr der Aufbau des erfindungsgemäßen superleitenden Mantels beschrieben wurde, sei im folgenden ein Verfahren erläutert, am das Magnetfeld innerhalb des Mantels

- yi -

zu vermindern.

Der superleitende zylindrische Mantel 14 wird durch seine superleitende Übergangstemperatur in Anwesenheit eines Umgebungsmagnetfeldes H abgekühlt, wobei die Hauptquelle dieses Umgebungsmagnetfeldes das Erdmagnetfeld ist, dessen Größe in der Größenordnung von 1 gauss liegt. Es kann jedoch zweckmäßig sein, den superleitenden Mantel in Verbindung mit einer üblichen Mu-Metal!abschirmung zu verwenden, wobei in diesem Falle die Größe des Magnetfeldes H in der Größenordnung von 10 gauss liegt. Die Größenordnungen der Komponenten des Magnetfeldes H parallel und senkrecht zur Längsachse des superleitenden Mantels werden mit H bzw. H ι bezeichnet. Nach dem Abkühlen ist das Magnetfeld H in der Form einer Verteilung von sowohl Wirbel als auch Gegenv/irbel in der superleitenden Mantelwand eingefangen, und auch in einer Anzahl von longitudinalen Magnetflußquanten (jedes trägt ein Magnetfluß φ~ = 2,07 χ 10 gauss-cm²), die in das Innere der Mittelzone des zylindrischen Mantels eindringen. Während des Abkühlens sollten die Werte von H ,ι ,aemittelt

'I " ob. über das obere und untere Ende der Mittel zone 16 (H,, bzw.

UWf- _c I₀₁

H ) kleiner sein als die entsprechenden Werte von H₁(H, bzw. H ) . Insbesondere müssen die Verhältnisse H,, /H «'''"und * der folgenden Ungleichung genügen:

V^H± °'^{64 fL}t^/R' ⁽²⁾

dabei ist f der Anteil der Wirbel und Gegenwirbel, die in jeder Übergangszone eingefangen sind, die in bequemer Weise end-festgelegt werden können und zum entgegengesetzten Ende der Mittelzone bewegt werden können, und zwar während des Solenoidfeld-Manipulationsschritts (der im folgenden beschrieben wird). Ein typischer Wert für Γ ist 0,1. Das Symbol L bezeichnet die Länge jeder der Ubergangszonen und R

bezeichnet den Innenradius des superleitenden Mantels. Die obige Ungleichung (2) garantiert, daß nach dem strominduzierten Auslöschschritt ein hinreichend großes Reservoir von leicht beweglichen Wirbeln oder Gegenwirbeln in den Ubergangszonen vorhanden ist, um die eingefangenen longitudinalen Magnetflußquanten während des Solenoidfeld-Manipulationsschritts auszulöschen.

Um sowohl H,, als auch H hinreichend klein zu machen, so daß obige Ungleichung (2) erfüllt wird, werden zwei koaxiale Solenoidfeidspulen oder Wicklungen (in den Figuren nicht gezeigt) derart angeordnet, daß sie das obere und untere Ende der Mittelzone des Mantels 14 umgeben.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 sei darauf hingewiesen, daß symmetrische elektrische Leiter (in der Figur nicht gezeigt) mit beiden Enden des superleitenden Mantels 14 verbunden sind, und ein elektrischer Gleichstrom ist an den Mantel angelegt, um durch die Längserstreckung desselben zu laufen. Die Größe des angelegten Stroms wird hinreichend groß derart eingestellt, daß der elektrische Strom in der mittleren niedrig-festlegenden Zone 16 etwas größer ist als der kritische End-Festlegungsstrom dort. Andererseits sollte dieser Strom nicht den kritischen End-Festlegungsstrom in der einen oder anderen Endzone oder irgendeinen merklichen Teil der Übergangszone übersteigen. Sämtliche in der Mittelzone 16 eingefangenen Magnetflußquanten werden in die Umfangsbewegung um die Mittelzone 16 des Mantels 14 herumgetrieben, und zwar mit Geschwindigkeiten die typischerweise 1 cm/sec übersteigen. Die end-festgelegten Flußquanten werden sich in nahezu kreisförmigen Pfaden um den Umfang der Zone 16 herum bewegen wobei sich die Wirbel in einer Richtung und die Gegenwirbel in der entgegengesetzten Richtung bewegen. Während aLes.es Schrittes werden nahezu sämtliche

Wirbel sich mit den Gegenwirbeln (die beide in gleicher Anzahl vorhanden sind) auslöschen, wodurch die Mittelzone des Mantels 14 nahezu von eingefangenen Magnetflußquanten frei gelassen wird. Nach ungefähr 10 see Dauer wird der Strom abgeschaltet.

Es ist wichtig darauf hinzuweisen, daß während dieses Schritts das an der Außenoberfläche der Mittelzone 16 des superleitenden Mantels erzeugte Selbstmagnetfeld stets kleiner gehalten wird als entweder das untere kritische Feld H _Λ des

c 1

Superleiters (wenn der Mantel 14 ein Type II-Superleiter ist), oder als das kritische thermodynamisch^ Massenfeld H (wenn der Mantel 14 ein Type I-Superleiter ist). Anderenfalls können neue magnetische Flußguanten an der Oberfläche des Mantels 14 der Kernbildung ausgesetzt sein und in das Innere der magnetischen Abschirmanordnung 10 eindringen. Beispielsweise beträgt das Selbstfeld an der Oberfläche, erzeugt durch einen Strom der durchschnittlichen Dichte von 2 χ

2 Ampere/cm² durch eine Mittelzone der Dicke 0,5 μΐη (was Ampere/cm Umfang der Zone 16 entspricht) 126 gauss, was kleiner ist als ein Zehntel des Werts des unteren kritischen Feldes H₁ =1,4x10 gauss von reinem Niob (einem Type II-Superleiter) bei einer Temperatur von 4,2K.

Diese Begrenzung hinsichtlich des Magnetfelds während des strominduzierten Auslöschschrittes, wird auch durch die Konstruktion des Mantels 14 reflektiert. Die Dicke des Mantels 14 muß derart begrenzt sein, daß sowohl das magnetische Selbstfeld, erzeugt an der Außenoberfläche des superieitenden Mantels 14, während des strominduzierten Löschschritts, als auch das Magnetfeld, angelegt an diese Oberfläche, während des Solenoidfeld-Manipulationsschritts (im folgenden zu beschreiben) stets kleiner sind als entweder das untere kritische Feld H .. eines Type ll-Superleiterι; oder da^

-Yt-

kritische thermodynamische Massenfeld H eines Type I-Superleiters. Die den erfolgreichen Betrieb der Abschirmung gestattende Maximaldicke beträgt:

^dmax = 8_f0 um (H_max/J_c), (1)

wobei H das größte zulässige Feld an der Oberfläche (H , max ^ ^ ₃ el

oder H ),ausgedrückt in Einheiten von 10 gauss, ist und J ist die Stromdichte, die erforderlich ist, um die am starrsten festgelegten Wirbel oder Antiwirbel, ausgedrückt in Einheiten von 10 Ampere/cm², end-festzulegen oder zu lösen. Somit ist H = 1 ,4, "j = 2 und als Gleichung (1)

ΙΓΪΟ.Χ C

ergibt sich für dieses Beispiel d =5,6 μΐη. Wenn die

max

Gleichung (1) erfüllt werden soll, so ist es wichtig, daß keine Nadellöcher oder ähnliche Schäden in der zentralen Superleiterzone 16 vorhanden sind. Schäden dieser Art würden den kritischen End-Festlegungsstrom für diese Wirbel und Gegenwirbel, eingefangen in den Defekten, stark vergrößern.

Am Ende des strominduzierten Auslöschungsschrittes ist es möglich, daß einige wenige Wirbel und Gegenwirbelpfade verbleiben, die sich nicht miteinander schneiden und infolgedessen nicht ausgelöscht werden. Eine weitere Verminderung des innerhalb der Mittelzone 16 verbleibenden Feldes wird durch die Verwendung eines Koaxial-Solenoids 28 erreicht, der den superleitenden Mantel 14 umgibt. Die Länge des Solenoiden 28 ist nicht kritisch,muß aber etwas länger sein als die Mittelzone 16, um so Randeffekte in dieser Zone, d.h. nicht-förmige Verteilung von magnetischen Kraftlinien, zu vermeiden. An diesem Punkt wird der koaxiale Solenoid 28 erregt, was ein longitudinal gerichtetes Magnetfeld aufbaut, und zwar außerhalb und parallel zum Zylindermantel 14.

Infolge des Meissner Effekts werden umfangsmäßig gerichtete (Azimuthaie) Ströme in dem superleitenden zylindrischen Mantel 14 induziert. Das an Zone 16 angelegte Magnetfeld wird konstant und gleichförmig gehalten, so daß die in dieser Zone induzierten Ströme gleichförmig sind. Die Amperewindungen des Solenoids werden derart gewählt, daß der induzierte Strom in dem superleitenden Mantel 14 etwas größer ist als der kritische End-Festlegungstrom in der mittleren eine niedrige Festlegung aufweisenden Zone 16. Andererseits sollte der induzierte Strom den kritischen End-Festlegungsstrom in der einen oder anderen Endzone oder irgend einem merklichen Teil der Ubergangszonen nicht übersteigen. Das in Längsrichtung gerichtete Magnetfeld läßt zwar die Wirbel und Gegenwirbel,eingefangen in den Endzonen und Übergangszonen, größtenteils unbeeinflußt, bewirkt,aber daß jedwede Wirbel und Gegenwirbel, die in der mittleren eine niedrige Festlegung besitzenden Zone verbleiben, sich zu entgegengesetzten Enden dieser Zone hinbewegen. Nach ungefähr 60 see. Dauer wird der Elektromagnetstrom abgeschaltet.

Es ist wichtig darauf hinzuweisen, daß während dieses Schritts das über den Solenoid 28 an die Außenoberfläche der Mittelzone 16 des superleitenden Mantels angelegte Feld stets kleiner als H _Λ oder H gehalten wird. Andernfalls

el c

können neue magnetische Flußquanten an der Oberfläche zur Kernbildung neigen und in das Innere der Magnetabschirmanordnung 10 eindringen. Das folgende Beispiel sei gegeben: Wenn man ein Feld von 126 gauss an die Außenoberfläche der Mittelzone der Dicke 0,5 um anlegt, so wird eine azimuthale durchschnittliche Stromdichte von 2 χ 10 Ampere/cm² (oder

2
ein Strom von 10 Ampere/cm Zylinderlänge) induziert. Dieses Feld ist weniger als ein Zehntel des Werts des unteren kritischen Felds H₁ = 1,4 χ 10 gauss von reinem Niob bei 4,2K.

Um die Notwendigkeit weiterer Wiederholugen des oben beschriebenen Verfahrens zu bewerten, wird die Größe und Richtung des longitudinal orientierten magnetischen Remanenzfeldes des Mantels 14 mit einem magnetischen Fludetektor überwacht, der bis hinab zu einem Pegel eines einzigen Flußquantums φ~ = 2,07 χ 10 gauss/cm² empfindlich ist. Beispielsweise ist für diese Messung ein SQUID (superconducting quantum interference device) Detektor geeignet, der mit einer superleitenden Spule in Verbindung steht, die um 180° verdrehbar ist. Nach einem einzigen Anlegen des SoIenoidfeldes ist es wahrscheinlich, daß das gemessene Magnetfeld ein berechnetes theoretisches Minimalfeld, basierend auf der Annahme, daß keine Longitudinalflußquanten innerhalb der Mittelzone 16 eingefangen sind, übersteigt. Weil die Kombination aus dem strominduzierten Auslöschschritt und dem ersten Anlegen des Solenoidfeldes sämtliche Wirbel und Gegenwirbel aus den Wandteilen des Mantels 14, angeordnet in der Mittelzone 16, entfernt, hat das in dem umschlossenen Volumen der Zone 16 verbleibende Feld eine vernachlässigbar kleine Komponente senkrecht zur Zylinderachse. Der Wert der Komponente des Magnetflußes, gerichtet nach oben längs der Zylinderachse ist jedoch gleich dem Produkt aus X_ (das Quantum des Magnetflußes) und der Nettozahl von nach oben gerichteter Flußquanten, die in das Volumen eingeschlossen in der Mittelzone 16 eindringen. Die Anzahl der in dieses Volumen eindringenden Flußquanten kann nunmehr dadurch auf Null reduziert werden, daß man eine entsprechende Anzahl von Wirbeln und Gegenwirbeln aus der Speicherung in einer Übergangszone an einem Ende der Mittelzone 16 zur Übergangszone am entgegengesetzten Ende der Mittelzone 16 bewegt. Die Nettoanzahl der in das innerhalb der Mittelzone 16 eingeschlossene Volumen eindringenden und sich in Richtung des Pfeils 30 erstreckenden Flußquanten steigt um 1 jedesmal dann an, wenn sich ein Einzelwirbel von der Übergangs zone 24 zur Übergangszone 22 bewegt, oder wenn ein Einzelgegenwirbel sich von der Übergangszone 22 zur Übergangszone 24 bewegt. Diese Bewegung von Wirbeln und Gegenwirbeln kann dadurch hervorgerufen werden, daß man ein Längs- oder Longitu-

dinalsolenoidfeld (mit einer durch Pfeil 30 in Fig. 1 angezeigten Richtung) von solcher Größe anlegt, daß der induzierte Azimuthal-Strom den kritischen End-Festlegungsstrom in den Übergangszonen übersteigt. In ähnlicher Weise nimmt die Nettoanzahl der das innerhalb Mittel zone 16 eingeschlossene Volumen eindringenden Flußquanten um 1 jedesmal dann ab, wenn sich ein Einzelwirbel (vortex) von der Überzonge 22 zur Übergangszone 24 bewegt, oder dann, wenn sich ein Einzel-Gegen-Wirbel (antivortex) von Übergangszone 24 zu Übergangszone 22 bewegt. Solche Bewegungen der Wirbel oder Gegenwirbel können durch Anlegen eines Solenoidfeldes (mit einer durch Pfeil 32 in Fig. 1 angegebenen Richtung) von solcher Größenordnung hervorgerufen werden, daß der induzierte Azimuthai-Strom den kritischen End-Festlegungsstrom in den Übergangszonen übersteigt.

Eine Wiederholung des Solenoidfeld-Manipulationsschritts wird nunmehr ausgeführt, wobei Größe und Richtung des angelegten Solenoidfeldes derart gewählt werden, daß die Anzahl der end-festgelegten Wirbel oder Gegenwirbel und ihre Bewegungsrichtung zu einer Verminderung der Anzahl der Flußquanten- führt, die in das Loch hineindringen. Ära Ende dieser Wiederholung wird Größe und Richtung des verbleibenden Magnetflußes wiederum gemessen und die Notwendigkeit einer zusätzlichen Wiederholung wird bewertet. Solche Wiederholungen werden solange vorgenommen, bis die Anzahl der Längsflußguanten, die in das Innere der Zone 16 hineindringen, auf Null vermindert ist.

Um die Zeit zu vermindern, die für die Wiederholung zum gewünschten Null-Quantumzustand der Mittelzone erforderlich ist, kann es zweckmäßig sein, gleichzeitig den Längsmagnetfluß zu überwachen, während die Solenoidfeidwerte geändert werden. Es ist ferner möglich, eine Rückkopplungsschaltung zu verwenden, um den Null-Quantumzustand automatisch während des Solenoidfeld-Manipulationsschritts zu erreichen.

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3b

Um die Wirbel- und Gegenwirbelbewegung leichter zu induzieren, kann es ferner zweckmäßig sein, einen Längsstrom während der Solenoidfeld-Manipulationsfeldschritt-Wiederholungen anzulegen.

Wenn die Anzahl der Längsmagnetflußquanten,eingefangen im Inneren der Mittelzone 16, auf Null vermindert ist, so nähert sich die verbleibende sich längs der Achse des Mantels 14 erstreckende Magnetfeldkomponente Hindern folgenden theoretisch berechneten Wert:

H = H,, (2K/R)e~^ä/l, (3)

dabei ist K «.· die Parallelkomponente des Magnetfeldes, angelegt an der Außenseite des Mantels,Λ ist die Schwachfeld-Eindringtiefe entsprechend dem verwendeten Superleiter, R ist der Innenradius der Mittelzone und d ist die Superleiterwanddicke der Mittelzone 16. Wenn eine einzige Mu-Metallabschirmung verwendet wird, so ist H .. typischerweise

-13 ''

2x10 gauss. Beispielsweise ist für eine Niob-Abschirmung mit Jl = 500 A, R = 2,5 cm und d = 5000 A der sich ergebende Wert des internen Parallelfelds aus Gleichung (3) H. ii =

~13 ' '

4x10 gauss.

Das verbleibende Magnetfeld senkrecht zur Achse des Mantels 14 und innen gegenüber der Mittelzone 16 kann aus dem folgenden theoretischen Ausdruck abgeschätzt werden:

H. , = 1,32 H , e""⁰'⁹² V^R , (4)

dabei ist H , die senkrechte Komponente des angelegten Magnet- °-1

feldes, das in den Endzonen unter einem Teil der Ubergangszonen 22, 24 eingefangen ist,

L₁ ist die Länge der Mittelzone 16 und R ist der Innenradius

-3

der Mittelzone 16. Wenn beispielsweise H 2 c 10 gauss ist,

L. = 40 cm und R = 2,5 cm, so ist der sich ergebende Wert des internen senkrechten Feldes aus Gleichung (4) H. ι = 1,1 χ 10 gauss.

Obwohl in Fig. 1 der Zylinder 12 innerhalb des superleitenden Mantels 14 liegend dargestellt ist, so könnte dieser doch auch außerhalb des Mantels 14 liegen oder eingesetzte sich gleicherstreckende Zylinder aufweisen, zwischen denen der Mantel 14 eingesetzt ist. Bei jeder Anordnung sieht der Zylinder 12 die mechanische Stützung für den superleitenden Mantel 14 vor.

Zusammenfassend sieht die Erfindung folgendes vor:

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vorsehen einer magnetischen Abschirmung um ein Arbeitsvolumen herum vorgesehen. Die Vorrichtung weist einen hohlen langgestreckten superleitenden Mantel oder Zylinder auf, und zwar mit einem langgestreckten Mittelteil mit niedriger magnetischer Festlegung und mit zwei Endzonen, die eine hohe magnetische Festlegung aufweisen. Übergangsteile aus sich ändernden magnetischen Festlegungseigenschaften sind zwischen den Mittel- und Endteilen vorgesehen. Die Vorrichtung weist ferner einen Elektromagneten auf, und zwar sich im wesentlich gleich erstreckend mit und über dem superleitenden Zylinder liegend, um so magnetisch damit gekoppelt zu sein.

Das Verfahren sieht folgende Schritte vor: Hindurchleiten eines in Längsrichtung gerichteten Strains durch den superleitenden Zylinder, um so magnetische Reservoirs, eingefangen im Zylinder, zu lösen oder end-festzulegen. Als nächstes wird ein umfangsmäßig gerichteter Strom durch den Zylinder geleitet, während der in Längsrichtung gerichtete Strom aufrechterhalten bleibt. Die gelösten magnetischen Reservoirs werden zu den Endteilen des Zylinders bewegt, wo sie eingefangen werden.

Claims

R-6021 SUPERLEITENDE MAGNETISCHE ABSCHIRMVORRICHTüNG Ansprüche

1.} Vorrichtung zur Erzeugung einer magnetischen Abschir-

g um ein Ärbeitsvolumen herum, dadurch gekennzeichnet , daß ein erster Zylinder (14) aus superleitendem Material das Arbeitsvolumen ergibt, daß der erste Zylinder (14) eine Achse, einen Umfang, einen Mittelteil (16) von vorbestimmten magnetischen Festlegeigenschaften, Endteile (18, 20) von höheren magnetischen Festlegeigenschaften und Übergangszonen (22, 24) zwischen den Mittel- und Endteilen aufweist, wobei die Übergangszonen eine vorbestimmte Länge und magnetische Festlegeigenschaften aufweisen, die sich monoton entlang der Länge der Übergangszonen verändern, und ferner dadurch gekennzeichnet, daß erste Stromerzeugungsmittel (28) urnf angsmäßig gerichtete Ströme in dem ersten Zylinder erzeugen, und daß zweite Strommittel (12) axial gerichtete Ströme in dem ersten Zylinder erzeugen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die ersten Strommittel elektrische Solenoidmittel aufweisen, die magnetisch mit den Übergangszonen des ersten Zylinders gekoppelt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die zweiten Strommittel Mittel aufweisen, um die Endteile des ersten Zylinders mit einer ersten externen elektrischen Schaltung zu verbinden.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die zweiten Strommittel einen zweiten elektrisch leitenden Zylinder aufweisen, und zwar angeordnet innerhalb des ersten Zylinders in elektrischer Verbindung damit.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Strommittel Mittel aufweisen, um einen ersten und einen zweiten Endteil des zweiten elektrisch leitenden Zylinders mit einer ersten externen elektrischen Schaltung zu verbinden.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Mittelteil des ersten Zylinders einen vorbestimmten kritischen magnetischen End-Festlegungsstrom besitzt, und daß die ersten Strommittel einen Strom erzeugen, der den kritischen magnetischen End-Festlegungsstrom übersteigt.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die zweiten Strommittel

einen Strom erzeugen, der den vorbestimmten kritischen magnetischen End-Festlegungsstrom übersteigt.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß Mittel vorgesehen sind, um die Richtung des Stromflußes der ersten Streumittel umzukehren .

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel zum Umkehren der Stromflußrichtung der zweiten Strommittel.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Übergangszonen überlappende erste und zweite Schichten aus sich ändernde Dicken aufweisenden magnetischen Festlegmaterialien besitzen, wobei diese Materialien unterschiedliche magnetische Festlegeigenschaften aufweisen.

11. Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Übergangszonen ein Übergangsmaterial aufweisen, welches im wesentlichen gleichförmige magnetische Festlegeigenschaften besitzt und eine sich ändernde Dicke über ihre Länge hinweg.

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die ersten und zweiten Zylinder jeweils erste und zweite Enden von verminderten bzw. vergrößerten Umfangsabmessungen aufweisen.

13= Verfahren zur Erzeugung eines ultra-niedrigen magnetischen Feldes in einer superleitenden magnetischen Abschirm-

vorrichtung, die folgendes aufweist: einen ersten Zylinder (14) aus superleitendem Material mit einer Achse, einem Umfang, einem Mittelteil (16) von vorbestimmten magnetischen Festlegeigenschaften, Endteilen (18, 20) von höheren magnetischen Festlegeigenschaften und Übergangszonen (22, 24), angeordnet zwischen den Mittel- und Endteilen, wobei die Übergangszonen vorbestimmte Länge und magnetische Festlegeigenschaften besitzen, die sich monoton längs der Länge der Übergangszonen ändern, dadurch gekennzeichnet, daß ein axial gerichteter Strom durch den ersten Zylinder (14) geleitet wird, um so in dem Mittelteil (16) des ersten Zylinder eingefangene magnetische Wirbel und Gegenwirbel zu lösen •und gegenseitig zu löschen, wobei ferner umfangsmäßig gerichtete Ströme durch die Mittelzone (16) des ersten Zylinders (14) geleitet werden, um so in dem Zylinder (14) eingefangene magnetische Wirbel und Gegenwirbel zu lösen, und wobei ferner die gelösten oder end-festgelegten Wirbel und Gegenwirbel in entgegengesetzten Axialrichtungen bewegt werden, um so die gegenseitige Auslöschung der Wirbel und Gegenwirbel zu bewirken .

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Schritt des Hindurchleitens eines axial gerichteten Stromes in dem ersten Zylinder den Schritt des Hindurchleitens eines elektrischen Stromes durch einen zweiten elektrisch leitenden Zylinder umfaßt, der innerhalb und koextensiv mit dem ersten Zylinder angeordnet ist, um so in elektrischer Verbindung damit zu sein.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet , daß der Schritt des Hindurchleitens umfangsmäßig gerichteter Ströme durch den ersten Zylinder den Schritt der Erregung eines koaxialen Solenoiden umfaßt, der im wesentlichen koextensiv mit dem ersten Zylinder ist und diesen umgibt, um so ein axial gerichtetes magne-

tisches Feld da hindurch zu erzeugen.

16. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach-Anspruch 13/ gekennzeichnet durch den Schritt des Änderns der ersten Strommitte derart, daß die Flußrichtung der umfangsmäßig gerichteten Ströme umgekehrt wird.

17. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch den Schritt des Änderns der zweiten Strommittel derart, daß die Flußrichtung der axial gerichteten Ströme in dem ersten Zylinder umgekehrt wird.

18.· Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine Wiederholung der Schritte des ümkehrens der Flußrichtung der Längs- und ümfangs-Ströme derart, um die Wirbel und Gegenwirbel in den Übergangszonen des Zylinders freizusetzen, um so jedwede verbleibenden Wirbel und Gegenwirbel, eingefangen in dem Mittelteil, des ersten Zylinders freizusetzen, und zwar so lange, bis die Anzahl der longitudinalen Flußquanten, die durch das Innere des ersten Zylinders reichen oder eindringen, auf Null reduziert ist und der Mittelteil des ersten Zylinders frei von eingefangenen Wirbeln und Gegenwirbeln ist.

19. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 13, dadurch g e k ennzeichnet, daß der erste Zylinder in Anwensenheit eines äußeren axial gerichteten Magnetfeldes abgekühlt wird, um so axial gerichteten Magnetfluß, der durch die Enden der Mittelzone des ersten Zylinders dringt, auszulöschen, und um so Reservoirs aus Wirbeln und Gegenwirbeln in den Übergangszonen des ersten Zylinders zu schaffen.