DE4441575C2 - Vorrichtung und Verfahren zum schnellen Entladen einer supraleitenden Magnetspule - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum sicheren Entla­ den einer im Betriebszustand mittels eines supraleitenden Schalters supraleitend kurzgeschlossenen supraleitenden Ma­ gnetspule, insbesondere eines NMR-Spektrometers.

Solche Vorrichtungen sind beispielsweise bekannt aus den je­ weils eine supraleitende Magnetspule enthaltenden Kryostaten der NMR-Spektrometer der Bruker Analytischen Meßtechnik GmbH und den zugehörigen Betriebsanleitungen (siehe z. B. Bruker Users Manual "MSL Series", 2/1985 und Bruker Technical Description "MSL Series", 3/1989, Seite 12, mittlere Spalte).

Bei den bekannten Kryostaten wird die Magnetspule, die sich innerhalb eines Heliumtanks in flüssigem Helium befindet, über von außen eingeschobene Stromstäbe geladen und entla­ den. Mit den Stromstäben zusammen sind u. a. auch elektrische Leitungen zur Magnetspule im Heliumtank geführt, über die ein an dieser angebrachter supraleitender Kurzschlußschalter beheizt und dadurch resistiv gemacht werden kann. Damit ist gewährleistet, daß der Ladestrom in die Spule und nicht über den Schalter fließt. Wenn der Sollstrom erreicht ist, wird die Schalterheizung abgeschaltet, der Schalter dadurch su­ praleitend und der Strom durch die Stromstäbe kann auf Null reduziert werden, wobei schließlich im Kurzschlußbetrieb der Spule der volle Magnetstrom durch den supraleitenden Schal­ ter fließt. Anschließend an endgültige Einstellarbeiten, wie z. B. das Homogenisieren des Magnetfeldes über Zuleitungen zu sog. supraleitenden Shim-Spulen, die sich an der Hauptma­ gnetspule befinden, können die Stromstäbe zusammen mit allen weiteren elektrischen Verbindungen zur Magnetspule im Heli­ umtank abgezogen werden. Außer der Aufhängung, die auf ex­ trem geringe Wärmeeinträge in den Heliumtank optimiert ist, bestehen nun keine Verbindungen mehr zwischen der Magnetspu­ le und der Außenwelt. Dies hat den Vorteil extrem geringer Kühlmittelverluste und geringer Störungen des thermischen Gleichgewichtzustandes, was sich positiv auf die Stabilität und Homogenität des Magnetfeldes im Dauerbetrieb auswirkt.

Allerdings hat dies auch den Nachteil, daß eine gezielte Ab­ schaltung des Magnetfeldes ohne großen Aufwand und ohne ge­ schultes Personal kaum möglich ist. Dies ginge nur durch er­ neutes Einführen der Stromstäbe, ein umständlicher Vorgang, der geschultes Personal voraussetzt, lange dauert, und immer die grundsätzliche Gefahr der Kontamination des Heliumtanks durch eindringende feuchte Luft birgt. Dabei wird dann über die in die Stromstäbe integrierte Zuleitung für die Schal­ terheizung diese beheizt, dadurch der supraleitende Kurz­ schluß geöffnet und bewirkt, daß sich die Magnetspule entwe­ der langsam über ein externes über die Stromstäbe ange­ schlossenes Ladegerät oder schnell, d. h. im Sekundenbereich, über an der Spule im Heliumtank angebrachte Schutzwiderstän­ de oder Dioden entlädt. Diese gezielt erzeugte Schnellab­ schaltung führt zwar dazu, daß Helium aus dem Tank ziemlich schlagartig verdampft, aber bei sorgfältiger Konstruktion der Spule und des Kryostaten wird kein Schaden angerichtet.

Allerdings sind Fälle denkbar, bei denen es wünschenswert ist, das Magnetfeld auch durch einen mit der Kryotechnik un­ erfahrenen Benutzer möglichst unmittelbar abzuschalten. Zum Beispiel im Vorfeld von beabsichtigten Wartungsarbeiten könnte das Magnetfeld durch den Benutzer bereits Tage vor dem Eintreffen des eigentlichen Wartungspersonals abgeschal­ tet werden. Der Kryostat wäre dann wieder bereits in einem thermischen Gleichgewichtszustand, so daß die eigentlichen Wartungsarbeiten sofort beginnen könnten, was Zeit und Ko­ sten spart. Ähnliche Überlegungen gelten, wenn aus anderen Gründen das Magnetfeld kurzfristig abgeschaltet werden muß, insbesondere auch in einem Störfall, etwa wenn ein ferroma­ gnetisches Teil, das fahrlässigerweise in den Streufeldbe­ reich eingebracht wurde, vom Magneten angezogen wurde und möglichst umgehend wieder entfernt werden muß. Die bisheri­ gen Kryostaten mit persistent geschalteter supraleitender Magnetspule ohne elektrische Zuleitungen gestatten es nicht, oder nur unter Zuhilfenahme unkonventioneller Mittel, die ihrerseits wieder das Personal, den Kryostaten und Magneten gefährden, das Feld im Sekundenbereich abzuschalten.

Es wäre nun denkbar, unabhängig vom Stromstab permanent eine elektrische Zuleitung zur Heizung des supraleitenden Schal­ ters vorzusehen. Diese permanente Leitung führt aber zu ei­ nem zusätzlichen dauernden Wärmeeintrag in den Heliumtank und erhöht damit den Heliumverbrauch und vermindert die Standzeit ohne Nachfüllen. Außerdem können solche Wärmeein­ träge grundsätzlich die Stabilität des Systems beeinträchti­ gen, was insbesondere bei Magneten eines hochauflösenden NMR-Spektrometers vermieden werden sollte.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß die Entladung ohne kryotechnisch geschultes Personal schnell durchgeführt werden kann, ohne daß die Stabilität und die Heliumstandzeiten beeinträchtigt werden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß am oder im Kryostaten ein im Bedarfsfall von außerhalb des Kryostaten schnell ein­ schaltbarer Sender zum Aussenden elektromagnetischer Feld­ energie vorgesehen ist, der sich im Betriebszustand auf einem Temperaturniveau deutlich oberhalb des kryogenen Tem­ peraturniveaus der supraleitenden Magnetspule befindet, und daß im Bereich des supraleitenden Schalters ein Empfänger für die ausgesendete elektromagnetische Feldenergie angeord­ net ist, der sich im Betriebszustand auf dem kryogenen Tem­ peraturniveau befindet, und der die empfangene Energie di­ rekt oder indirekt einer Heizeinrichtung für den supralei­ tenden Schalter zuführt oder mit Hilfe dieser empfangenen Energie eine Hilfsenergiequelle im Bereich des supraleiten­ den Schalters aktiviert, die ihrerseits eine Beheizung des supraleitenden Schalters bewirkt, so daß er normalleitend wird und einen Entladevorgang der supraleitenden Magnetspule über Widerstände und/oder Dioden, die auf dem kryogenen Tem­ peraturniveau angeordnet sind, auslöst, wobei der Sender in keiner elektrisch leitenden Verbindung mit dem Empfänger steht und der Energietransport zwischen Sender und Empfänger praktisch ausschließlich über das elektromagnetische Feld erfolgt.

Der supraleitende Schalter kann so von außen jederzeit un­ mittelbar betätigt werden, und durch die berührungslose Übertragung ohne eletrische und damit im wesentlichen ohne wärmeleitende Verbindung wird ein ständiger Wärmeeintrag in den Heliumtank weitgehend vermieden.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Sender eine optische oder Infrarotlichtquelle, insbesondere ein Laser, bzw. das Ende eines Lichtleiters, der von einer solchen Lichtquelle kommt.

Dies hat den Vorteil, daß die Energie mit an sich bekannten optischen Mitteln in die Umgebung des supraleitenden Schal­ ters geführt werden kann.

In einer Ausführungsform der Erfindung besitzt der Empfänger eine im Frequenzbereich der vom Sender abgestrahlten Energie absorbierende Oberfläche, auf die die elekromagnetische Strahlung gerichtet bzw. fokussiert ist, und ist mit dem su­ praleitenden Schalter wärmeleitend verbunden.

Dies hat den Vorteil, daß ein großer Teil der Strahlungs­ energie direkt zur Heizung des Schalters verwendet wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform besitzt die dem Sender zugewandte Oberfläche des Empfängers eine Vertiefung, in die die vom Sender ausgehende elektromagnetische Strahlung fo­ kussiert wird und die als Strahlungsfalle wirkt.

In einer weiteren Ausführungsform ist der Empfänger eine Photozelle, die mit einem Heizwiderstand zum Heizen des su­ praleitenden Schalters elektrisch verbunden ist.

Dies hat den Vorteil, daß wie im Stand der Technik eine elektrische Beheizung des Schalters erfolgt, was ggf. keine Umrüstung des Schalteraufbaus erfordert.

In einer Weiterbildung der o. g. Ausführungsformen ist der Empfänger selbst oder ein mit ihm verbundener Lichtleiter so weit über die Magnetspule herausgeführt, daß der vom Sender aus zu überbrückende optische Weg auch bei höchstem Füll­ stand einer die Spule umgebenden kryogenen Flüssigkeit, i. a. Helium, durchweg in Gas bzw. im Lichtleiter und nicht in der kryogenen Flüssigkeit verläuft.

Dies hat den Vorteil, daß weniger Streuverluste auftreten.

In einer anderen Ausführungsform sind Sender und Empfänger elektrische Spulen, die induktiv gekoppelt sind, die sich aber nicht berühren, zumindest nicht in leitendem elektri­ schen Kontakt miteinander stehen, wobei die Senderspule über einen Schalter mit einem Wechselspannungsgenerator und die Empfängerspule mit einem Heizwiderstand zum Heizen des su­ praleitenden Schalters elektrisch leitend verbunden sind.

Dies hat den Vorteil, daß ein ggf. bereits vorhandener elek­ trischer Heizer verwendet werden kann.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Empfänger die Spule eines Resonanzkreises, der mit der Frequenz der vom Generator gelieferten Wechselspannung schwingt. Der Heizwi­ derstand des supraleitenden Schalters ist entweder Teil die­ ses Schwingkreises oder er wird über aktive oder passive Schaltelemente bei Überschreiten eines Spannungspegels im Schwingkreis in diesen geschaltet, z. B. durch das irreversi­ ble Durchschalten einer Diode.

Dies hat den Vorteil, daß, ggf. über einen gewissen Zeit­ raum, resonant Energie absorbiert bzw. kurzzeitig akkumu­ liert und gespeichert werden kann, die dann entweder konti­ nuierlich oder schlagartig den supraleitenden Schalter be­ heizt.

Bei der induktiven Übertragung muß generell darauf geachtet werden, daß nicht andere Wechselfelder, die beim Betrieb des Spektrometers ggf. entstehen, in die Empfängerspule einkop­ peln und unerwünschte Wärme erzeugen, bzw. gar einen unbeab­ sichtigten Quench auslösen. Dies kann durch die sorgfältige Auswahl einer Resonanzfrequenz geschehen oder durch Kompen­ sationsspulen, die Störfelder kompensieren aber nicht dasje­ nige der Senderspule.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird schließlich durch den Empfänger chemische Energie freige­ setzt, die den supraleitenden Schalter beheizt. Dies kann wieder entweder durch direkte Absorption der (Laser-) Strah­ lung vom Sender und dadurch bedingtes Aufheizen zunächst ei­ ner chemischen Substanz erfolgen, was eine exotherme chemi­ sche Reaktion bewirkt, die dann ausreichend Energie liefert um den Schalter zu öffnen. Alternativ kann die "Zündung" der chemischen Reaktion auch elektrisch erfolgen, wobei wesent­ lich kleinere vom Sender gelieferte Energien nötig sind als die, die die Schalterheizung verlangt.

Dies hat den Vorteil, daß sehr geringe elektromagnetische Energien ausreichen, da sie nur in einem Punkt die chemische Reaktion triggern müssen, die dann von selbst abläuft.

Die letztgenannte Ausführungsform der Erfindung ist nur für Notfälle gedacht, da das Ersetzen der chemischen "Ladungen" sicher mit einigem Aufwand verbunden sein wird.

Dieser Gedanke läßt sich verallgemeinern auf kleine elektri­ sche, magnetische oder sonstige, möglicherweise gar mechani­ sche, Langzeitenergiespeicher, die bei kryogenen Temperatu­ ren einsetzbar sind, deren Energieinhalt ausreicht, den su­ praleitenden Schalter zu beheizen und sicher eine Entladung auszulösen und die von Zimmertemperatur aus ohne Zuleitungen getriggert werden können.

In den Rahmen der Erfindung fällt auch ein Verfahren zum Be­ trieb einer Vorrichtung der oben beschriebenen Art, bei dem der supraleitende Schalter zum Zwecke einer Entladung der Magnetspule im supraleitenden Kurzschlußbetrieb durch ein von außerhalb des Kryostaten abgesendetes elektromagneti­ sches Signal berührungslos geöffnet wird.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Be­ schreibung und der beigefügten Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merk­ male erfindungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehre­ ren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die er­ wähnten Ausführungsformen sind nicht als abschließende Auf­ zählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter.

Die Erfindung wird im folgenden an­ hand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: schematischer Aufbau eines ersten Ausführungsbei­ spiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit opti­ scher Energieübertragung;

Fig. 2: schematischer Schaltplan eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 3a, b: Ausführungsbeispiele des Empfängers und der Vor­ richtung zum Beheizen des supraleitenden Schalters einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit optischer Energieübertragung;

Fig. 4: schematischer Aufbau eines weiteren Ausführungsbei­ spiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit induk­ tiver Energieübertragung;

Fig. 5a, b: Ausführungsbeispiele des Empfängers und der Vor­ richtung zum Beheizen des supraleitenden Schalters einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit induktiver Energieübertragung;

Fig. 6a, b: Ausführungsbeispiele des Empfängers und der Vor­ richtung zum Beheizen des supraleitenden Schalters einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Auslösung einer exothermen chemischen Reaktion.

Im einzelnen zeigt die Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1, bei der die Energie zum Auslösen des Entladevorgangs einer supraleitend kurzge­ schlossenen Magnetspule 4 optisch übertragen wird. Im Heli­ umtank 3 eines schematisch gezeichneten Kryostaten 2 befin­ det sich in einem Bad aus flüssigem Helium 5 eine supralei­ tende Magnetspule 4 zur Erzeugung eines homogenen Magnet­ felds in einem Meßbereich innerhalb einer Raumtemperaturboh­ rung 6 des Kryostaten. Der Kryostat 2 kann Teil einer Appa­ ratur zur Messung der kernmagnetischen Resonanz einer Probe sein. An sich bekannte Einzelheiten eines solchen Kryostaten mit geringem Verbrauch an kryogenen Flüssigkeiten gehören zum allgemeinen Fachwissen und sind der Übersichtlichkeit halber weggelassen.

Im Meßbetrieb sind alle strom- und wärmeleitenden Zuleitun­ gen von Raumtemperatur zu der supraleitenden Magnetspule 4 abgezogen und diese ist über einen geschlossenen supralei­ tenden Schalter 7 in sich kurzgeschlossen, so daß ein supra­ leitender Dauerstrom fließt, der das homogene Magnetfeld, üblicherweise im Bereich um 10 Tesla, erzeugt. Während des Ladevorgangs war der supraleitende Schalter 7 dadurch geöff­ net, daß er über externe Zuleitungen, die zusammen mit denen für den Hauptmagnetstrom mittels sogenannter Stromstäbe in den Heliumtank 3 des Kryostaten 2 eingeschoben waren, elek­ trisch beheizt war. Diese Stromstäbe sind nach Schließen des Schalters 7 durch Abschalten seiner Heizung im Betriebszu­ stand wieder entfernt.

Außerhalb des Kryostaten 2 befindet sich eine optische Strahlungsquelle 14, z. B. ein Laser, dessen emittierte Strahlung über optische Mittel 11, die beispielsweise ein Glasfaserbündel 11a und eine erste Linse 11b umfassen, in den Heliumtank 3 des Kryostaten 2 geführt wird. Die optische Strahlungsquelle 14 bildet zusammen mit den optischen Mit­ teln 11 einen Sender 10 zum Aussenden elektromagnetischer Energie, im vorliegenden Ausführungsbeispiel Lichtenergie.

Im Kryostaten 2 wird die ausgesendete Strahlung über weitere optische Mittel 12, die eine weitere Linse 12b und ein wei­ teres Glasfaserbündel 12a umfassen, auf eine Photozelle 13 im Bereich des supraleitenden Schalters 7 fokussiert. Die Photozelle 13 wandelt die empfangene Strahlung zumindest teilweise in elektrischen Strom um, der zur Beheizung des supraleitenden Schalters 7 einer entsprechenden Heizeinrich­ tung 15 zugeführt wird. Zusammen mit den weiteren optischen Mitteln 12 bildet die Photozelle 13 einen Empfänger 20 zum Empfangen der vom Sender 10 ausgesendeten elektromagneti­ schen Energie.

Das eine Ende des Glasfaserbündels 12a befindet sich immer oberhalb des Heliumspiegels 5a des flüssigen Heliums 5 im Heliumtank 3, d. h. der Weg der Srahlung verläuft im Innern des Kryostaten 2 nur entweder in den Faserbündeln 11a und 12a bzw. innerhalb von weiteren Komponenten der optischen Mittel 11, 12, oder in gasförmigem Helium, nicht aber in der Flüssigkeit. Damit steht der Sender 10 in keiner elektrisch leitenden und somit auch nicht wärmeleitenden Verbindung mit dem Empfänger 20.

In Fig. 2 ist ein schematischer Schaltplan eines Ausfüh­ rungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 gezeigt. Im supraleitenden Kurzschlußbetrieb der Magnetspule 4 ist der supraleitende Schalter 7 geschlossen und die Stromstäbe 17, die zum Aufladen der Spule 4 mit Strom verwendet werden, sind aus den Stromaufnahmen 16 sowie aus dem Kyrostaten 2 insgesamt herausgezogen. Wenn die Magnetspule 4 im Kurz­ schlußbetrieb gezielt und berührungslos entladen werden soll, wird elektromagnetische Energie, im gezeigten Beispiel Lichtenergie, über die weitere Linse 12b in den Empfänger 20 eingekoppelt und im gezeigten Ausführungsbeispiel von einer Photozelle 13 aufgefangen, die die Lichtenergie in elektri­ schen Strom umwandelt und der Heizeinrichtung 15 zuführt. Dadurch wird der supraleitende Schalter 7 beheizt und geht in den normalleitenden Zustand über, woraufhin sich die su­ praleitende Magnetspule 4 über Widerstände 18 und Dioden 19 definiert entlädt.

In Fig. 3a ist ein Ausführungsbeispiel für einen Empfänger 20' gezeigt, bei dem optische Energie über eine weitere Lin­ se 12b und ein weiteres Glasfaserbündel 12a aufgefangen und an eine Photozelle 13 weitergeleitet wird, die die empfange­ ne Lichtenergie in elektrischen Strom umwandelt und an eine Heizeinrichtung 15 weitergibt, mit welcher der supraleitende Schalter 7 beheizt wird.

Etwas kompakter und einfacher ist die in Fig. 3b gezeigte Ausführungsform des Empfängers 20'', bei der über die weite­ re Linse 12b die empfangene Lichtenergie direkt auf eine dem nicht dargestellten Sender zugewandte Oberfläche 21 in einer Vertiefung 22 einer Strahlenfalle 23 fokussiert wird. Die Oberfläche 21 ist beispielsweise durch entsprechende Be­ schichtung so ausgestaltet, daß sie im Frequenzbereich der vom Sender 10 abgestrahlten Energie optimal elektromagneti­ sche Strahlung absorbiert. Sie ist Teil einer wärmeleitenden Platte 24, die auf der der Oberfläche 21 entgegengesetzten Seite in gutem Wärmekontakt mit dem supraleitenden Schalter 7 steht und diesen mit der empfangenen elektromagnetischen Energie aufheizt.

Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Entladevorrichtung umfaßt ein Sender 10' für elek­ tromagnetische Energie eine Wechselspannungsquelle 34, von der im Bedarfsfall über sehr dünne Drähte 31a ein geringer Strom mit einer relativ hohen elektrischen Spannung an eine elektrische Spule 31b, die im Inneren des Kryostaten 2 ober­ halb des Heliumspiegels 5a angeordnet ist, weitergegeben wird. Auf der Spulenachse gegenüber der ersten Spule 31b ist eine zweite Spule 32b angeordnet, die erheblich weniger Win­ dungen als die erste Spule 31b aufweist. Das von der ersten Spule 31b erzeugte magnetische Wechselfeld induziert in der weiteren Spule 32b einem entsprechend dem Transformations­ verhältnis der beiden Spulen höheren Sekundärstrom, welcher mittels entsprechend stärkerer elektrischer Zuleitungen 32a an eine Heizeinrichtung 15 zur elektrischen Beheizung des supraleitenden Schalters 7 weitergeleitet wird. Die weitere Spule 32b und die weiteren Zuleitungen 32a bilden dement­ sprechend einen Empfänger 30 für die vom Sender 10' ausge­ sandte elektromagnetische Energie. Zum Ein- und Ausschalten des Senders 10' dient ein in der Zeichnung schematisch dar­ gestellter Schalter 35.

Die weitere Spule 32b kann auch Teil eines empfängerseitigen Resonanzkreises sein, der mit der Frequenz der vom Wechsel­ spannungsgenerator 34 gelieferten Wechselspannung schwingt, wobei die Heizeinrichtung 15 für den supraleitenden Schal­ ters 7 in Form eines Heizwiderstandes ausgeführt und entwe­ der Teil des Resonanzkreises ist oder über (in der Zeichnung nicht dargestellte) aktive oder passive Schaltelemente bei Überschreiten eines Spannungspegels im Resonanzkreis in die­ sen eingeschaltet wird, insbesondere durch das irreversible Durchschalten einer Diode.

In Fig. 5a ist eine weitere Ausführungsform einer Vorrich­ tung zum Beheizen des supraleitenden Schalters 7 durch in­ duktive Energieübertragung schematisch dargestellt. Auch hier stehen sich die erste Spule 31b und die weitere Spule 32b koaxial und berührungsfrei gegenüber.

Demgegenüber ist in Fig. 5b eine Anordnung gezeigt, bei der die beiden Spulen 31b und 32b ineinander verschachtelt ange­ ordnet sind, wobei möglicherweise sogar eine leichte mecha­ nische Berühung der Spulendrähte zugelassen werden kann, so­ lange diese elektrisch gegeneinander isoliert sind.

Eine weitere Möglichkeit der Beheizung des supraleitenden Schalters 7 besteht darin, daß in einem im Kryostaten ange­ ordneten Speicher für chemische, elektromagnetische oder mechanische Energie durch ein Signal vom Empfänger der er­ findungsgemäßen Vorrichtung die gespeicherte Energie voll­ ständig oder teilweise abgerufen und zur Beheizung verwendet wird. Ein mechanischer Energiespeicher könnte in diesem Zu­ sammenhang beispielsweise ein (in der Zeichnung nicht darge­ stelltes) vorgespanntes Federelement sein, das durch Er­ wärmung mit Hilfe der empfangenen elektromagnetischen Energie sich schlagartig entspannt und dadurch Reibungswärme erzeugt, die den supraleitenden Schalter 7 beheizt.

In Fig. 6a ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt, bei der in einem in wärmeleitendem Kon­ takt mit dem supraleitenden Schalter 7 angeordneten Behälter 41 eine oder mehrere chemische Substanzen eingefüllt sind, die bei geringer Energiezufuhr eine exotherme chemische Re­ aktion beginnen, wobei die freiwerdende chemische Energie zur Beheizung des supraleitenden Schalters 7 und zur Über­ führung desselben in den normalleitenden offenen Zustand ausreicht. Bei dem in Fig. 6a gezeigten Beispiel wird die dazu benötigte Schwellenenergie in Form von Lichtstrahlung über eine Linse 12b in eine Strahlungsfalle 23 eingekoppelt, die zusammen mit der Linse 12b einen Empfänger 40 für elek­ tromagnetische Energie darstellt.

Die benötigte elektromagnetische Energie kann aber statt in optischer Form auch in Form eines Wechselstromes geringer Stromstärke und hoher Spannung aus einem Wechselstromgenera­ tor 34 über dünne Zuleitungen 31a und eine Spule 31b auf ei­ nen entsprechend ausgestalteten Empfänger 40' eingekoppelt werden, der eine Empfängerspule 32b umfaßt, mit der das em­ pfangene elektrische Wechselstromsignal zu höheren Stromwer­ ten hochtransformiert und über Zuleitungen 32a einem Heizwi­ derstand 42 zugeführt wird. Der Heizwiderstand 42 kann in einem relativ kleinen Raumbereich die chemische Substanz im Behälter 41 lokal aufheizen und an dieser Stelle die exo­ therme chemische Reaktion auslösen, die zur Beheizung des supraleitenden Schalters 7 und zu dessen Überführung in den normalleitenden Zustand führt.

Claims (14)

1. Vorrichtung zum sicheren Entladen einer im Betriebszu­ stand mittels eines supraleitenden Schalters (7) supra­ leitend kurzgeschlossenen supraleitenden Magnetspule (4), die sich im Betriebszustand auf einem kryogenen Temperaturniveau im Innern eines Kryostaten (2) be­ findet, dadurch gekennzeichnet, daß am oder im Kryostaten (2) ein im Bedarfsfall von außer­ halb des Kryostaten (2) schnell einschaltbarer Sender (10; 10') zum Aussenden elektromagnetischer Feldenergie vorgesehen ist, der sich im Betriebszustand auf einem Temperaturniveau deutlich oberhalb des kryogenen Tempe­ raturniveaus der supraleitenden Magnetspule (4) be­ findet, und daß im Bereich des supraleitenden Schalters (7) ein Empfänger (20; 20'; 20''; 30; 40; 40') für die ausgesendete elektromagnetische Feldenergie angeordnet ist, der sich im Betriebszustand auf dem kryogenen Temperaturniveau befindet, und der die empfangene Ener­ gie direkt oder indirekt einer Heizeinrichtung (15; 24) für den supraleitenden Schalter (7) zuführt oder mit Hilfe dieser empfangenen Energie eine Hilfsenergiequelle (41) im Bereich des supraleitenden Schalters (7) akti­ viert, die ihrerseits eine Beheizung des supraleitenden Schalters (7) bewirkt, so daß er normalleitend wird und einen Entladevorgang der supraleitenden Magnetspule (4) über Widerstände (18) und/oder Dioden (19), die auf dem kryogenen Temperaturniveau angeordnet sind, auslöst, wo­ bei der Sender (10; 10') in keiner elektrisch leitenden Verbindung mit dem Empfänger (20; 20'; 20''; 30; 40; 40') steht und der Energietransport zwischen Sender (10; 10') und Empfänger (20; 20'; 20''; 30; 40; 40') praktisch ausschließlich über das elektromagnetische Feld erfolgt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (10) eine optische oder Infrarotlichtquelle (14) umfaßt, insbesondere einen Laser, bzw. das Ende ei­ nes Lichtleiters (12a), der von einer solchen Lichtquel­ le ausgeht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Empfänger (20'') eine im Frequenzbereich der vom Sender (10) abgestrahlten Energie absorbierende Oberfläche (21) besitzt, auf die die elektromagnetische Strahlung gerichtet bzw. fokussiert ist, und daß der Empfänger (20'') mit dem supraleitenden Schalter (7) wärmeleitend verbunden ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die dem Sender (10) zugewandte Oberfläche (21) des Empfängers (20'') eine Vertiefung (22) besitzt, in die die vom Sender (10) ausgehende elektromagnetische Strahlung fokussiert wird, und die als Strahlungsfalle (23) wirkt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der Empfänger eine Photozelle (13) umfaßt, die mit einem Heizwiderstand (15) zum Hei­ zen des supraleitenden Schalters (7) elektrisch verbun­ den ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß der Empfänger (20; 20'; 20'') selbst oder ein mit ihm verbundener Lichtleiter (12a) so weit über die Magnetspule (4) herausgeführt ist, daß der vom Sender (10) aus zu überbrückende optische Weg auch bei höchstem Füllstand einer die Spule (4) umgebenden kryogenen Flüssigkeit (5), insbesondere flüssigen Heli­ ums, durchweg in Gas bzw. im Lichtleiter (12a) und nicht in der kryogenen Flüssigkeit verläuft.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (10') mindestens eine elektrische Spule (31b) aufweist, die mit einer elektrischen Spule (32b) des Empfängers (30) induktiv gekoppelt ist, wobei die Sen­ derspule (31b) über einen Schalter (35) mit einem Wech­ selspannungsgenerator (34) und die Empfängerspule (32b) mit einem Heizwiderstand (15) zum Heizen des supralei­ tenden Schalters (7) elektrisch leitend verbunden sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (30) die Spule (32b) eines Resonanzkreises umfaßt, der mit der Frequenz der vom Wechselspannungsgenerator (34) gelieferten Wechselspannung schwingt, wobei der Heizwider­ stand (15) für den supraleitenden Schalter (7) entweder Teil dieses Resonanzkreises ist oder über aktive oder passive Schaltelemente bei Überschreiten eines Spannungspegels im Re­ sonanzkreis in diesen geschaltet wird, insbesondere durch das irreversible Durchschalten einer Diode.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß im Kryostaten (2) ein Speicher (4) für chemische oder mechanische Energie vorgesehen ist, wobei durch ein Signal vom Empfänger (40; 40') die gespeicherte Energie vollständig oder teilweise abgeru­ fen und zur Beheizung des supraleitenden Schalters (7) verwendet werden kann.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal des Empfängers (40; 40') in der Weiterga­ be empfangener elektromagnetischer Strahlungsenergie an den Speicher (41) besteht.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (41) eine oder mehrere chemische Subst­ anzen enthält, die durch Aufheizen mittels der empfange­ nen Strahlungsenergie eine exotherme chemische Reaktion beginnen, wobei die freiwerdende Energie zur Beheizung des supraleitenden Schalters (7) ausreicht.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (40) Licht oder Infrarotstrahlung ab­ sorbiert, insbesondere, daß der Empfänger die chemische Substanz im Speicher (41) selbst ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (40) elektrische Energie vom Sender (10') empfängt, und daß die empfangene elektrische Ener­ gie an die chemische Substanz weitergeleitet wird und dort die exotherme Reaktion auslöst.

14. Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der supraleitende Schalter (7) zum Zwecke einer Ent­ ladung der Magnetspule (4) im supraleitenden Kurzschluß­ betrieb durch ein von außerhalb des Kryostaten (2) abge­ sendetes elektromagnetisches Signal berührungslos geöff­ net wird.