DE69817252T2

DE69817252T2 - Supraleitende Spule

Info

Publication number: DE69817252T2
Application number: DE69817252T
Authority: DE
Inventors: Takeshi Osaka-shi Kato
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1997-05-08
Filing date: 1998-05-07
Publication date: 2004-04-01
Anticipated expiration: 2018-05-08
Also published as: EP0877395B1; US6081179A; CA2236756A1; DE69817252D1; CN1202709A; EP0877395A1; CA2236756C; TW385456B; KR19980086667A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine supraleitende Spule und insbesondere eine unter hohen Temperaturen supraleitende Oxidspule, die unter einer relativ hohen Temperatur verwendet werden kann, ein starkes magnetisches Feld mit geringer Leistung erzeugen kann und für die magnetische Trennung oder das Kristallziehen eingesetzt werden kann.
Es wird allgemein eine durch das Wickeln eines normalen Leiters wie etwa eines Kupfer- oder Metallsupraleiters gebildete Spule verwendet, die bei der Temperatur flüssigen Heliums eine Supraleitfähigkeit aufweist.
Wenn ein hohes magnetisches Feld mit einer durch das Wickeln eines Kupferdrahtes gebildeten Spule erzeugt wird, ist es jedoch erforderlich, die eine beträchtliche Wärme entwickelnde Spule zu kühlen, indem zum Beispiel Wasser zugeführt wird. Deshalb weist die durch das Wickeln eines normalen Leiters gebildete Spule einen nachteilig hohen Stromverbrauch, eine geringe Kompaktheit auf und eine niedrige Lebensdauer auf.
Andererseits muss eine durch das Wickeln eines Metallsupraleiters gebildete Spule auf eine krogenische Temperatur von ungefähr 4 K gekühlt werden, was den Nachteil von hohen Kühlkosten mit sich bringt. Außerdem weist die unter einer derartigen krogenischen Temperatur mit geringer spezifischer Wärme betriebene Spule eine schlechte Stabilität auf, sodass schnell ein Löschen erforderlich wird.
Es hat sich herausgestellt, dass eine unter hohen Temperaturen supraleitende Oxidspule, die im Vergleich zu einer supraleitenden Metallspule unter einer relativ hohen Temperatur verwendet werden kann, die Verwendung in einem Bereich mit hoher spezifischer Wärme gestattet und eine bemerkenswert gute Stabilität aufweist. Deshalb ist davon auszugehen, dass eine unter hohen Temperaturen supraleitende Oxidspule als Material für einen supraleitenden Magneten geeignet ist, der eine einfache Verwendung gestattet.
Ein unter hohen Temperaturen supraleitender Oxiddraht, der eine Supraleitung bei der Temperatur flüssigen Stickstoffs aufweist, ist hinsichtlich der kritischen Stromdichte und der Magnetfeldeigenschaften bei der Temperatur flüssigen Stickstoffs relativ schlecht. Unter den gegebenen Umständen kann die unter hohen Temperaturen supraleitende Oxidspule des halb als Spule verwendet werden, um ein niedriges Magnetfeld bei der Temperatur flüssigen Stickstoffs zu erzeugen.
Während die bei hohen Temperaturen supraleitende Oxidspule als eine Spule mit höherer Leistung bei einer niedrigeren Temperatur als der Temperatur flüssigen Stickstoffs verwendet werden kann, ist flüssiges Helium zu kostspielig und zu unhandlich, um als praktisches Kühlmittel verwendet zu werden. Deshalb wurde ein Versuch unternommen, die unter hohen Temperaturen supraleitendes Oxidspule mittels einer Kühleinrichtung mit niedrigen Betriebskosten und praktischer Handhabung auf eine kryogenische Temperatur zu kühlen.
Allgemein wird eine tauchgekühlte supraleitende Metallspule mit einem Strom betrieben, der wesentlich kleiner als der kritische Strom ist, der in einem kaum Wärme erzeugenden Zustand zu verwenden ist, um ein Löschen zu verhindern. Alternativ hierzu kann ein Kühlmittel in den supraleitenden Draht eingeführt werden, oder die supraleitende Spule wird gekühlt, wobei Zwischenräume zwischen den Windungen des supraleitenden Drahts definiert werden, um einen ausreichenden Durchgang des Kühlmittels zu gestatten.
Dagegen wird eine moderne leitungsgekühlte supraleitende Spule von der Umgebung leitungsgekühlt, um in einem kaum Wärme erzeugenden Zustand verwendet zu werden.
Die unter hohen Temperaturen supraleitende Oxidspule kann durch ein Verfahren gekühlt werden, das demjenigen für die supraleitende Metallspule ähnlich ist. Ein unter hohen Temperaturen supraleitender Oxiddraht, der eine hohe kritische Temperatur aufweist und aufgrund eines lockeren normalen Leitungsübergangs sehr stabil ist, lässt sich jedoch kaum löschen. Deshalb sollte die unter hohen Temperaturen supraleitende Spule mit einem hohen Strom bis zu einem Pegel nahe dem kritischen Strom betrieben werden. Um die supraleitende Spule mit einem Strom bis zu einem Pegel nahe des kritischen Stroms zu betreiben, muss die supraleitende Spule ausreichend gekühlt werden. Insbesondere bei der Leitungskühlung mit einer Kühleinrichtung muss die supraleitende Spule gekühlt werden, ohne ihre Temperatur durch eine geringe Wärmeerzeugung zu erhöhen.
Es ist jedoch aufgrund einer Begrenzung der Kühlfähigkeit und des Kühlpfades schwierig, die supraleitende Spule mit einer Kühleinrichtung effizient leitungszukühlen.
In dem herkömmliche Verfahren wird das Leitungskühlen nur von der Umgebung der supraleitenden Spule durchgeführt. Die Wicklungen des supraleitenden Drahts in der supra leitenden Spule sind elektrisch voneinander isoliert, wobei das für die Isolation verwendete Material eine sehr schlechte Wärmeleitung aufweist. Bei einer Leitungskühlung von der Umgebung der Spule ist es deshalb schwierig, die Spule bis ins Innere mit einem niedrigen Wärmewiderstand zu kühlen. Wenn eine geringe Wärmeerzeugung im Inneren der Spule stattfindet, wird die Temperatur der Spule extrem erhöht. Bei dem herkömmlichen Kühlverfahren ist deshalb die für die Spule zulässige Wärmeerzeugung extrem klein, wobei der Betriebsstrom für die Spule beträchtlich kleiner als der kritische Strom ist.
Die unter hohen Temperaturen supraleitende Oxidspule sollte aufgrund der hohen Stabilität des unter hohen Temperaturen supraleitenden Drahtes mit einem Strom betrieben werden können, der dem kritischen Strom näher ist. Außerdem neigt die unter hohen Temperaturen supraleitende Oxidspule aufgrund eines kleinen n-Wertes (Anstieg der Strom-Spannungs-Eigenschaften) dazu, graduell Wärme zu erzeugen, wenn sie mit einem Strom betrieben wird, der kleiner als der kritische Strom ist. Um die unter hohen Temperaturen supraleitende Oxidspule zu betreiben, muss die Spule effizienter als im Stand der Technik gekühlt werden.
Der n-Wert wird in dem folgenden relationalen Ausdruck verwendet:
Ein Oxidsupraleiter weist eine Magnetfeld-Anisotropie auf. Ein supraleitender Oxidraht mit einer derartigen Ausrichtung, dass er eine Magnetfeld-Anisotropie aufweist, ist intolerant gegenüber einem Magnetfeld, das parallel zu seiner C-Achse ausgerichtet ist, und veranlasst eine weitere Reduktion der kritischen Stromdichte. Wenn der Oxidsupraleiter in der Form eines Bandes ausgebildet ist, ist die C-Achse allgemein senkrecht zu der Oberfläche des Bandes ausgerichtet.
Die japanische offengelegte Patentveröffentlichung Nr. 8-316022 (1996) gibt einen Aufbau einer supraleitenden Spule an, die eine Reibungswärme zwischen Wicklungen eines isolierten Leiters unterdrückt, um die Kühlleistung zwischen einem supraleitenden Draht und einer Kühleinrichtung zu verbessern. Diese Veröffentlichung gibt eine supraleitende Spule an, die erhalten wird, indem ein supraleitender Draht, der bei einer Wärmebehandlung mit einer Temperatur von über 400°C ein vorbestimmtes Material bildet, mit einer anorganischen oder mineralisierten Isolationsschicht beschichtet wird, um einen isolierten Leiter vorzubereiten, wobei der isolierte Leiter gewickelt wird, um einen Drahtteil zu bilden, und danach wärmebehandelt wird. Wenn der isolierte Leiter gewickelt wird, wird ein Fixiermittel aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, das bei der Temperatur der Wärmebehandlung weich gemacht oder geschmolzen wird, in den Drahtteil gewickelt. Diese supraleitende Spule wird durch das sogenannte Wickeln-und-Reagieren-Verfahren vorbereitet (ein Verfahren zum Ausbilden eines Supraleiters durch eine Reaktionswärmebehandlung nach dem Wickeln einer Spule).
Diese supraleitende Spule weist jedoch die folgenden Probleme auf: erstens muss die supraleitende Spule bei einer Temperatur von über 400°C wärmebehandelt werden. Auf diese Weise wird das Material für die Isolationsschicht begrenzt, was in einem kleineren Freiheitsgrad resultiert. Allgemein weist das Material für die Isolationsschicht eine große Dicke auf. Folglich wird das Verhältnis des Drahtes der supraleitenden Spule reduziert, wodurch die Leistung der supraleitenden Spule beeinträchtigt wird.
Weiterhin muss die zuvor genannte supraleitende Spule in einem Edelgas oder in einem reduzierenden Gas wärmebehandelt werden. Wenn die supraleitende Spule in einer Sauerstoffatmosphäre wärmebehandelt wird, wird das als Fixierungsmittel verwendete Aluminium bzw. die Aluminiumlegierung oxidiert, um die Wärmeleitung zu verschlechtern. Wenn ein supraleitender Draht aus einem unter hohen Temperaturen supraleitenden Oxid verwendet wird und in einem Edelgas oder einem reduzierenden Gas wärmebehandelt wird, während Supraleitungseigenschaften wie etwa die kritische Temperatur, die kritische Stromdichte und ähnliches verschlechtert.
In dem Aufbau der zuvor genannten supraleitenden Spule wird weiterhin das Fixierungsmittel thermisch mit dem supraleitenden Draht durch die Isolationsschicht verbunden, die eine schlechtere Wärmeleitung aufweist als das Metall. Dadurch wird die Kühleigenschaft verschlechtert.
Das Dokument JP-A-61229306 beschreibt eine supraleitende Spule mit einem Leiter, der in eine Flachform gewickelt ist, und einer Wärmeausgleichsplatte, die zwischen zwei gewickelten Leitern in Flachform angeordnet ist. Die Wärmeausgleichsplatten werden mit einem Kühlrohr verbunden, das außerhalb der supraleitenden Spule angeordnet ist.
Das Dokument JP-A-61 154 019 gibt einen supraleitenden Magneten an, der aus einem supraleitenden Draht besteht, der in der Form einer spiralförmigen Scheibe gewickelt ist. Eine vollständige Scheibe besteht aus zwei Flachteilen und einer dazwischen angeordneten Kupferplatte. Die Kupferplatte weist ungefähr denselben Durchmesser auf wie die Flachteile, und alle Komponenten sind laminiert, um einen supraleitenden Magneten zu bilden.
Die Referenz EP-A-0 472 333 beschreibt ein Beispiel für eine doppelte Flachspule. Die Spule weist Schichten von Wicklungen auf, wobei die Wicklungen eine rechteckige Form aufweisen, deren lange Flächen parallel zu der Spulenachse angeordnet sind.
Die Referenz EP-A-5 1113 165 beschreibt die Anordnung von supraleitenden Spulen innerhalb eines Vakuumgefäßes.
Es ist dementsprechend eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Aufbau für eine supraleitende Spule anzugeben, mit dem die Kühleffizienz verbessert werden kann, um die zuvor genannten Probleme zu beseitigen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst
In der supraleitenden Spule gemäß der vorliegenden Endung ist die Kühlplatte angeordnet, um durch die Leitung von einer Kühleinrichtung gekühlt zu werden.
Während ein Kühlen der supraleitenden Spule durch die Anordnung der Kühlplatte zwischen der Vielzahl von Flachspulen effektiv ist, wenn die Spule zum Kühlen in ein Kühlmittel getaucht wird, kann der Temperaturanstieg der supraleitenden Spule effektiver unterdrückt werden, indem die Spule durch eine Leitung von einer Kühleinrichtung gekühlt wird.
Die supraleitende Spule gemäß der vorliegenden Erfindung, die durch Stapelung einer Vielzahl von Flachspulen gebildet wird, umfasst eine erste Flachspule, die durch Wicklung eines supraleitenden Leiters gebildet ist, eine zweite Flachspule, die durch Wicklung eines supraleitenden Leiters gebildet ist und auf der ersten Flachspule in der Richtung der Spulenachse gestapelt ist, und eine Kühlplatte, die zwischen der ersten und zweiten Flachspule angeordnet ist.
In der supraleitenden Spule mit dem zuvor genannten Aufbau ist die Kühlplatte zwischen der ersten und der zweiten Flachspule angeordnet, wodurch die Wärme erzeugende supraleitende Spule direkt gekühlt werden kann. Auf diese Weise kann der Widerstand sowie der Temperaturanstieg der supraleitenden Spule reduziert werden. Das Material für die Kühlplatte muss eine hervorragende Wärmeleitung aufweisen, ist aber ansonsten nicht auf ein bestimmtes Material beschränkt.
In der supraleitenden Spule gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Kühlplatte vorzugsweise in einem Abschnitt mit einem magnetischen Feld senkrecht zu der Spulenachse angeordnet.
In diesem Fall ist die Kühlplatte in einem Abschnitt angeordnet, an dem ein magnetisches Feld einfach von außen in der Richtung senkrecht zu der Spulenachse angelegt werden kann oder in dem ein magnetisches Feld einfach vorgesehen werden kann. Deshalb kann die Kühlplatte in einem Abschnitt der eine beträchtliche Wärme erzeugenden Spule angeordnet werden. Dadurch kann die Wärmeerzeugung der Spule effizient unterdrückt werden, während eine aus der Anordnung der Kühlplatte resultierende Reduktion des Spulenpackungsverhältnisses minimiert wird. Unter „Spulenpackungsverhältnis" ist hier das Volumenverhältnis der supraleitenden Leiter der supraleitenden Spule selbst zu dem Gesamtvolumen der supraleitenden Spule zu verstehen.
In der supraleitenden Spule gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Kühlplatte vorzugsweise in einem Endabschnitt der supraleitenden Spule in Richtung der Spulenachse angeordnet.
In diesem Fall kann der Temperaturanstieg der Spule effizient unterdrückt werden, weil die supraleitende Spule an dem Endteil eine beträchtliche Wärme erzeugt, wenn sie durch supraleitende Bismuthdrähte gebildet ist.
Die supraleitende Spule gemäß der vorliegenden Erfindung ist in einem Vakuum angeordnet.
Wenn eine supraleitende Spule in einem Vakuum angeordnet ist, ist die Wärmeisolation einfacher und kann ein Kryostat kompakter vorgesehen werden, wobei die supraleitende Spule nur durch Wärmeleitung gekühlt wird. Wenn der Aufbau der supraleitenden Spule gemäß der vorliegende Endung auf einen derartigen Fall angewendet wird, kann die supraleitende Spule effizienter gekühlt werden.
Die supraleitenden Leiter der supraleitenden Spule gemäß der vorliegenden Erfindung werden durch bandartige supraleitende Drähte gebildet.
Die Form der Drähte für die supraleitende Spule ist gemäß der vorliegenden Erfindung nicht auf eine bestimmte Form beschränkt, wobei die Flachspulen jedoch einfach vorbereitet werden können und die Kühlplatte zwischen der Vielzahl von Flachspulen angeordnet werden kann, wenn bandartige supraleitende Drähte verwendet werden.
Die supraleitenden Leiter der supraleitenden Spule gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten vorzugsweise einen Oxidsupraleiter.
Der Aufbau der supraleitenden Spule gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht auf einen bestimmten Typ von Supraleiter begrenzt, wobei die vorliegende Erfindung jedoch effizienter auf eine Spule angewendet werden kann, die einen sehr stabilen unter hohen Temperaturen leitenden Oxidsupraleiter verwendet.
Das als Verbundmaterial für einen derartigen unter hohen Temperaturen leitenden Oxidsupraleiter verwendete Material ist nicht auf ein bestimmtes Material beschränkt, wobei jedoch vorzugsweise Silber oder eine Silberlegierung mit einer hervorragenden Wärmeleitfähigkeit verwendet wird.
Der Oxidsupraleiter ist vorzugsweise ein Bismuth-Supraleiter.
Der Bismuth-Supraleiter weist unter den unter hohen Temperaturen leitenden Oxidsupraleitern eine besonders hohe Stabilität auf. Wenn ein derartiger Bismuth-Supraleiter für die supraleitende Spule gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet wird, kann die supraleitende Spule effektiv gekühlt werden.
Um die Kühleigenschaften für die supraleitende Spule gemäß der vorliegenden Erfindung weiter zu verbessern, muss die Kühlplatte aus einem hervorragenden Wärmeleiter gebildet werden. Allgemein weist jedoch ein hervorragender Wärmeleiter einen niedrigen elektrischen Widerstand auf. Ein derartiger niedriger Widerstand verursacht einen Wirbelstromverlust, wenn die Magnetisierung oder Entmagnetisierung des magnetischen Feldes (im folgenden als Magnetisierung/Entmagnetisierung bezeichnet) der supraleitenden Spule geändert wird, was eine Wärmeerzeugung zur Folge hat. Wenn die supraleitende Spule leitungsgekühlt wird, muss die Kühlplatte einen Aufbau zum Leiten der Wärme aufweisen, wobei keine Wärmeerzeugung bei der Magnetisierung/Entmagnetisierung der Spule verursacht werden darf.
In der supraleitenden Spule gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Kühlplatte deshalb vorzugsweise mit einem Schlitz versehen.
Wenn die Kühlplatte mit einem Schlitz versehen ist, kann die durch einen Wechselstromverlust und insbesondere durch einen Wirbelstromverlust verursachte Wärme erzeugung bei der Magnetisierung/Entmagnetisierung der supraleitenden Spule auf ein Minimum unterdrückt werden. Folglich kann die supraleitende Spule regulär effizient gekühlt werden.
Vorzugsweise ist der Schlitz an der Kühlplatte entlang der Umfangsrichtung um die Spulenachse ausgebildet.
Wenn der Schlitz entlang der Umfangsrichtung um die Spulenachse ausgebildet ist, kann die durch den Wirbelstromverlust verursachte Wärmeerzeugung unterdrückt werden, ohne dass dadurch die Kühleigenschaften der Kühlplatte in der Wärmeleitungsrichtung entlang der Umfangsrichtung der Spulenachse reduziert werden. Dadurch kann die supraleitende Spule effizienter gekühlt werden.
Die supraleitende Spule wird hauptsächlich in der Richtung der Spulenachse gekühlt. Wenn eine Klemmkraft in der Spulenachsenrichtung schwach ist, wird jedoch der Kontaktwärmewiderstand erhöht, wodurch die Kühleffizienz für die supraleitende Spule verschlechtert wird. Deshalb ist die supraleitende Spule vorzugsweise derart geformt, dass eine konstante Klemmkraft regulär in der Richtung der Spulenachse angewendet wird.
Vorzugsweise wird hier eine Klemmkraft von zumindest 0,05 kg/mm² und von nicht mehr als 3 kg/mm² auf die supraleitende Spule gemäß der vorliegenden Erfindung in der Richtung der Spulenachse ausgeübt. Wenn eine Klemmkraft mit einem derart konstanten Bereich in der Spulenachsenrichtung ausgeübt wird, kann der Kontaktwärmewiderstand reduziert werden. Wenn eine höhere Klemmkraft angewendet wird, hält jedoch die Spule selbst der Klemmkraft nicht stand und wird beschädigt.
Es ist effektiv, eine Feder als Einrichtung zum Anwenden einer Klemmkraft in der Spulenachsenrichtung zu verwenden. Die supraleitende Spule wird allgemein bei Raumtemperatur gebildet und unter einer kryogenischen Temperatur verwendet, sodass die aus der Wärmeverzerrung resultierende Kraft auch auf die Spule wirkt. Deshalb ist es schwierig, die Klemmkraft ohne Verwendung einer Feder zu kontrollieren. Wenn die Klemmkraft mit einer Feder in der Richtung der Spulenachse ausgeübt wird, kann eine vorbestimmte Klemmkraft in der Richtung der Spulenachse ohne Beeinflussung durch die Kühlverzerrung ausgeübt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung und wie vorstehend beschrieben können die Kühleigenschaften für die gesamte supraleitende Spule verbessert werden, indem die Kühlplatte zwischen den Flachspulen angeordnet wird, sodass die supraleitende Spule auch dann betrieben werden kann, wenn sie eine beträchtliche Wärme erzeugt. Aufgrund des Aufbaus gemäß der vorliegenden Erfindung kann die supraleitende Spule ihre Leistung bis zum Maximum ausüben.
Wenn die Kühlplatte in dem Abschnitt, in dem das magnetische Feld in der Richtung senkrecht zu der Spulenachse vorgesehen wird, oder in dem Endteil in der Spulenachsenrichtung angeordnet ist, kann der Betriebsstrom erhöht werden, ohne dass das Spulenpackungsverhältnis reduziert wird.
Wenn die Kühlplatte mit einem Schlitz versehen ist, kann die aus einem Wechselstromverlust und insbesondere aus einem Wirbelstromverlust resultierende Wärmeerzeugung in der Magnetisierung/Entmagnetisierung der supraleitenden Spule unterdrückt werden. Weiterhin kann die aus dem Wirbelstromverlust resultierende Wärmeerzeugung unterdrückt werden, ohne dass die Leitungskühlungseigenschaft der Kühlplatte reduziert wird, indem der Schlitz vorzugsweise entlang der Umfangsrichtung um die Spulenachse ausgebildet wird. Auf diese Weise kann die supraleitende Spule ihre Leistung auch dann bis zum Maximum ausüben, wenn sie magnetisiert/entmagnetisiert wird.
Weiterhin kann der Wärmewiderstand in der supraleitenden Spule reduziert werden, indem eine Klemmkraft auf die Spule in der Richtung der Spulenachse innerhalb des vorgeschriebenen Bereichs ausgeübt wird. Auf diese Weise kann die Kühleigenschaft maximal für die supraleitende Spule des Leitungskühlungstyps ausgeübt werden.
Vorstehende und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende ausführliche Beschreibung der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen verdeutlicht.
1 ist eine Seitenansicht, die schematisch den Aufbau einer supraleitenden Spule zeigt, die in den Beispielen 1 und 3 der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
2 ist eine Seitenansicht, die schematisch den Aufbau einer supraleitenden Spule zeigt, die in dem Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
3 ist eine Seitenansicht, die schematisch den Aufbau einer supraleitenden Spule zeigt, die als Vergleichsbeispiel verwendet wird.
4 zeigt schematisch den Aufbau einer Kühleinrichtung, die zum Kühlen der supraleitenden Spule gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
5 ist eine Draufsicht auf den Aufbau 1 einer Kühlplatte, die in dem Beispiel 3 der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
6 ist eine Draufsicht auf den Aufbau 2 der Kühlplatte, die in dem Beispiel 3 der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
7 ist eine Draufsicht auf den Aufbau 3 der Kühlplatte, die in dem Beispiel 3 der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
8 ist eine Seitenansicht, die schematisch den Aufbau einer supraleitenden Spule zeigt, die in dem Beispiel 5 der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
9 ist eine Seitenansicht, die schematisch den Aufbau einer supraleitenden Spule zeigt, die in dem Beispiel 6 der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
(Beispiel 1)
Ein supraleitenden Draht wurde vorbereitet, indem ein Bismuthoxid-Supraleiter, der hauptsächlich aus einer 2223-Phase (Bi_xPb_1–x)₂Sr₂Ca₂Cu₃O_y besteht, mit Silber beschichtet wurde. Dieser bandartige supraleitende Draht wies eine Breite von 3,6 ± 0,4 mm und eine Dicke von 0,23 ± 0,02 mm auf. Drei derartige bandartige supraleitende Drähte wurden übereinander gelegt, wobei ein rostfreies Band aus SUS316 mit einer Dicke von ungefähr 0,1 mm und ein Polyamidband mit einer Dicke von ungefähr 15 μm nacheinander über diesen supraleitenden Drähten angebracht wurden. Ein auf diese Weise gebildeter bandartiger Verbund wurde auf einen Spulenkern gewickelt, um eine Doppelflachspule mit einem Innendurchmesser von 65 mm, einem Außendurchmesser von 250 mm und einer Höhe von ungefähr 8 mm zu bilden. Der kritische Strom des mit Silber beschichteten supraleitenden Bismuthdrahts betrug ungefähr 30 A (77 K), wenn das Schnittflächenverhältnis zwischen dem Silber und dem Bismuth-Supraleiter bei 2,4 lag.
Es wurden zwölf derartige Doppelflachspulen übereinander gestapelt und miteinander verbunden. Diese Doppelflachspulen wurden durch FRP-Schichten mit einer Dicke von 0,1 mm elektrisch voneinander isoliert.
1 zeigt eine supraleitende Spule 10, die durch Stapelung von zwölf Doppelflachspulen 1 in der Richtung einer Spulenachse in der zuvor beschriebenen Weise erhalten wurde. Die Kupferplatten 3 und 4 wurden jeweils auf oberen und unteren Teilen der supraleitenden Spule 10 angeordnet. Auf diese Weise wurde die supraleitende Spule 10 fixiert, sodass sie zwischen den scheibenförmigen Kupferplatten 3 und 4 gehalten wurden. Im wesentlichen scheibenförmige Kühlplatten 2 aus Kupfer wurden zwischen den entsprechenden Doppelflachspulen 1 angeordnet. In diesem Fall lag das Packungsverhältnis bei 71%.
(Beispiel 2)
2 zeigt eine supraleitende Spule 10, die in ähnlicher Weise wie in Beispiel 1 vorbereitet wurde. Im wesentlichen scheibenförmige Kühlplatten 2 aus Kupfer wurden nur an Endabschnitten in der Richtung einer Spulenachse der supraleitenden Spule 10 angeordnet. In diesem Fall lag das Spulenpackungsverhältnis bei 77%.
(Vergleichsbeispiel)
3 zeigt ein Vergleichsbeispiel einer supraleitenden Spule 10, die in ähnlicher Weise wie in Beispiel 1 vorbereitet wurde. Es wurden keine Kühlplatten zwischen den Doppelflachspulen 1 angeordnet. Das Spulenpackungsverhältnis lag bei 80%.
Die in den Beispielen 1 und 2 vorbereiteten supraleitenden Spulen 10 wurden derart fixiert, dass sie zwischen den Kupferplatten 3 und 4 gehalten wurden. Die Kühlplatten 2 und die Kupferplatten 3 und 4 wurden an Wärmeleitungsbalken 5 fixiert, die mit den Kühlköpfen von Kühleinrichtungen verbunden sind.
Wie in 4 gezeigt, war der Wärmeleitungsbalken 5 für jede supraleitende Spule 10 thermisch mit einer zweiten Stufe 22 eines Kühlkopfes einer Kühleinrichtung 20 verbunden. Die zweite Stufe 22 des Kühlkopfes erstreckt sich von der Kühleinrichtung 20 durch eine erste Stufe 21 des Kühlkopfes.
Ein Stromanschlussdraht 11 aus einem unter hohen Temperaturen supraleitenden Oxiddraht wurde mit jeder supraleitende Spule 10 verbunden. Ein anderer Stromanschlussdraht 12 aus einem unter hohen Temperaturen supraleitenden Oxiddraht wurde mit dem Stromanschlussdraht 11 verbunden. Ein weiterer Stromanschlussdraht 13 aus einem Kupferdraht wurde mit dem Stromanschlussdraht 12 verbunden. Auf diese Weise waren die Stromanschlussdrähte 11 und 12 aus den unter hohen Temperaturen supraleitenden Oxiddrähten zwischen der supraleitenden Spule 10 und dem Temperaturankerteil der ersten Stufe 21 angeordnet, um das Eindringen von Wärme zu unterdrücken, während der Stromanschlussdraht 13 aus einem Kupferdraht zwischen dem Temperaturankerteil der ersten Stufe und einem Teil unter der Raumtemperatur angeordnet war. Die supraleitende Spule 10 wurde in einem Vakuumgefäß 30 untergebracht, das mit einer Wärmeschutzplatte 31 versehen war, um die supraleitende Spule 10 gegen Strahlungswärme zu schützen. Ein weiteres Vakuumgefäß 40 wurde vorgesehen, um das Vakuumgefäß 30 aufzunehmen.
Die Kühleinheit mit dem oben genannten Aufbau wurde verwendet, um Ströme zu den supraleitenden Spulen 10 in Übereinstimmung mit den Beispielen 1 und 2 sowie in Übereinstimmung mit dem Vergleichsbeispiel zuzuführen und die Temperaturen der entsprechenden Teile zu messen.
Die Tabelle 1 zeigt die anfänglichen Kühleigenschaften der supraleitenden Spulen 10 mit Erregungsströmen von 0 A.
[Tabelle 1]
Wie in Tabelle 1 gezeigt, wiesen die entsprechenden Teile der supraleitenden Spulen 10 in Übereinstimmung mit den Bespielen 1 und 2 sowie in Übereinstimmung mit dem Vergleichsbeispiel in den anfänglichen Kühleigenschaften dieselbe Temperatur auf.
Die Tabellen 2, 3 und 4 zeigen die Temperaturen, die an den entsprechenden Teilen der supraleitenden Spulen 10 in Übereinstimmung mit den Beispielen 1 und 2 sowie in Übereinstimmung mit dem Vergleichsbeispiel gemessen wurden, nachdem die Spulen 10 jeweils für zehn Minuten bei entsprechenden Erregungsstromwerten in einem Erregungstest gehalten wurden.
[Tabelle 2]
[Tabelle 3]
[Tabelle 4]
Aus den in den Tabellen 2 bis 4 gezeigten Ergebnissen wird deutlich, dass die entsprechenden Teile der supraleitenden Spulen 10, die die zwischen den Flachspulen 1 angeordneten Kühlplatten 2 aufweisen, in Übereinstimmung mit den Beispielen 1 und 2 niedrigere Temperaturen aufwiesen, wobei die gesamten supraleitenden Spulen 10 effektiv gekühlt wurden. Es ist weiterhin zu beachten, dass die Kühleffekte besonders deutlich wurden, wenn die Erregungsstromwerte erhöht wurden, weil dann die supraleitenden Spulen 10 eine beträchtliche Wärme erzeugten. Die supraleitenden Drähte 10 in Übereinstimmung mit den Beispielen 1 und 2 waren intolerant gegenüber magnetischen Feldern senkrecht zu den Bandoberflächen und erzeugten deshalb eine beträchtliche Wärme an den Endteilen in der Richtung der Spulenachse. Deshalb unterschieden sich die Kühleffekte für die supraleitenden Spule 10, bei der die Kühlplatten 2 zwischen den entsprechenden Doppelflachspulen 1 angeordnet sind, kaum von denjenigen für die supraleitenden Spule 10, bei der die Kühlplatten nur an den Endteilen angeordneten sind. In dem Beispiel 2 erzeugte die supraleitende Spule 10 eine Wärme von ungefähr 1 W und ungefähr 8 W jeweils bei Betriebsströmen von 200 A und 240 A.
(Beispiel 3)
Ein supraleitender Draht wurde vorbereitet, indem ein Bismuthoxid-Supraleiter, der hauptsächlich aus einer 2223-Phase (Bi_xPb_1–x)₂Sr₂Ca₂Cu₃O_y besteht, mit Silber beschichtet wurde. Dieser bandartige supraleitende Draht wies eine Breite von 3,6 ± 0,4 mm und eine Dicke von 0,23 ± 0,02 mm auf. Drei derartige bandartige supraleitende Drähte wurden übereinandergelegt, wobei ein rostfreies Band aus SUS316 mit einer Dicke von ungefähr 0,05 mm und ein Polyamidband mit einer Dicke von ungefähr 15 μm nacheinander über diesen supraleitenden Drähten angebracht wurden. Ein auf diese Weise gebildeter bandartiger Verbund wurde auf einen Spulenkern gewickelt, um eine Doppelflachspule mit einem Innendurchmesser von 80 mm, einem Außendurchmesser von 250 mm und einer Höhe von ungefähr 8 mm zu bilden. Der kritische Strom des mit Silber beschichteten supraleitenden Drahtes betrug ungefähr 30 bis 40 A (77 K), wenn das Schnittflächenverhältnis zwischen dem Silber und dem Bismuth-Supraleiter bei 2,4 lag.
Es wurden zwölf derartige Doppelflachspulen übereinander gestapelt und miteinander verbunden. Diese Doppelflachspulen wurden durch FRP-Schichten mit einer Dicke von 0,1 mm elektrisch voneinander isoliert.
Eine auf diese Weise erhaltene supraleitende Spule 10 hatte auch den in 1 gezeigten Aufbau, wobei zwölf Doppelflachspulen 1 in der Spulenachenrichtung gestapelt waren. Kupferplatten 3 und 4 waren jeweils auf oberen und unteren Teilen dieser supraleitenden Spule 10 angeordnet. Auf diese Weise wurde die supraleitende Spule 10 zwischen den scheibenförmigen Kupferplatten 3 und 4 fixiert gehalten. Im wesentlichen scheibenförmige Kühlplatten 2 aus Kupfer waren zwischen den entsprechenden Doppelflachspulen 1 angeordnet. Die Kühlplatten 2 und die Kupferplatten 3 und 4 wurden an einem Wärmeleitbalken 5 befestigt, der mit einem Kühlkopf einer Kühleinrichtung verbunden war. In diesem Fall betrug das Spulenpackungsverhältnis 80%.
Der Wärmeleitbalken 5 war wie in 4 gezeigt thermisch mit einer zweiten Stufe 22 eines Kühlkopfes einer Kühleinrichtung 20 verbunden. Die zweite Stufe 22 des Kühlkopfes erstreckt sich von der Kühleinrichtung 20 durch eine erste Stufe 21 des Kühlkopfes.
Ein Stromanschlussdraht 11 aus einem unter hohen Temperaturen supraleitenden Oxiddraht war mit der supraleitenden Spule 10 verbunden. Ein anderer Stromanschlussdraht 12 aus einem unter hohen Temperaturen supraleitenden Oxiddraht war mit dem Stromanschlussdraht 11 verbunden. Ein weiterer Stromanschlussdraht 13 aus einem Kupferdraht war mit dem Stromanschlussdraht 12 verbunden. Auf diese Weise wurden die Stromanschlussdrähte 11 und 12 aus unter hohen Temperaturen supraleitenden Oxiddrähten zwischen der supraleitenden Spule 10 und dem Temperaturankerteil der ersten Stufe 21 angeordnet, um das Eindringen von Wärme zu verhindern, während der Stromanschlussdraht 13 aus einem Kupferdraht zwischen dem Temperaturankerteil der ersten Stufe 21 und einem Teil unter Raumtemperatur angeordnet war. Die supraleitende Spule 10 wurde in einem Vakuumgefäß 30 untergebracht, das mit einer Wärmeschutzplatte 31 versehen war, um die supraleitende Spule 10 gegen Strahlungswärme zu schützen. Ein weiteres Vakuumgefäß 40 wurde vorgesehen, um das Vakuumgefäß 30 aufzunehmen.
Die Kühleinheit mit dem oben genannten Aufbau wurde verwendet, um einen Strom zu der supraleitenden Spule 10 zuzuführen und deren Temperatur unter einer Magnetisierung /Entmagnetisierung zu messen. Dabei wurden die zwischen den Doppelflachspulen 1 angeordneten Kühlplatten 2 von 1 in drei verschiedenen Aufbauten vorbereitet. 5 bis 7 sind Draufsichten, die jeweils die Aufbauten 1, 2 und 3 der Kühlplatten 2 zeigen.
In dem in 5 gezeigten Aufbau 1 besteht die Kühlplatte 2 aus einem Torusteil 201 und einem Teil 203 näher an dem Wärmeleitbalken 5, wobei ein Loch 202 im Zentrum des Torusteils 201 ausgebildet ist.
In dem in 6 gezeigten Aufbau 2 besteht die Kühlplatte 2 aus einem Torusteil 201 und einem Teil 203 näher an dem Wärmeleitbalken 5, wobei ein Loch 202 im Zentrum des Torusteils 201 ausgebildet ist und radiale Schlitze 204 sich von der äußeren Peripherie zu der inneren Peripherie des Torusteils 201 erstrecken. Weiterhin erstreckt sich ein Unterteilungsschlitz 205 vertikal von der äußeren Peripherie zu der inneren Peripherie des Torusteils 201 von 6, um den Torusteil 201 in der Umfangsrichtung zu unterteilen.
In dem in 7 gezeigten Aufbau 3 besteht die Kühlplatte 2 aus einem Torusteil 201 und einem Teil 203 näher an dem Wärmeleitbalken 5, wobei ein Loch 202 im Zentrum des Torusteils 201 ausgebildet ist und eine Vielzahl von Umfangsschlitzen 206 mit unterschiedlichen Durchmessern zwischen der äußeren und der inneren Peripherie des Torusteils 201 ausgebildet sind. Weiterhin erstreckt sich ein Teilungsschlitz 205 vertikal von der äußeren Peripherie zu der inneren Peripherie des Torusteils 201 von 6, um den Torusteil 201 in der Umfangsrichtung zu unterteilen.
Jede der supraleitenden Spulen 10 mit den Kühlplatten 2 in den Aufbauten 1 bis 3 wurde mit einem Erregungsstrom von 200 A jeweils mit einer Rate von 1 Minute magnetisiert/entmagnetisiert, wobei aufgrund des elektrischen Widerstands eine geringe Wärme erzeugt wurde. Die Tabelle 5 zeigt die Ergebnisse der Messung der Temperatureigenschaften der supraleitenden Spulen 10 in der Magnetisierung/Entmagnetisierung.
[Tabelle 5]
Wie in 5 gezeigt, lag die Temperatur der supraleitenden Spule 10 mit den Kühlplatten 2 des Aufbaus 1 ohne Schlitze bei 20 K, während die supraleitende Spule 10 mit den Kühlplatten 2 des Aufbaus 2 mit einer Vielzahl von Schlitzen 204 in der Radialrichtung einen niedrigen Temperaturwert von 19 K aufwies und die supraleitende Spule 10 mit den Kühlplatten 2 des Aufbaus 3 mit der Vielzahl von Schlitzen 206 entlang der Umfangsrichtung eine niedrigere Temperatur von 17 K aufwies. Es ist also deutlich, dass der Wirbelstromverlust in jeder Kühlplatte 2 reduziert werden kann, wobei die Wärmeerzeugung auf ein Minimum unterdrückt werden kann, indem der Unterteilungsschlitz 205 in der Kühlplatte 2 ausgebildet wird. Die Kühlplatten 2 des Aufbaus 3 wiesen eine bessere Kühleffizienz für die supraleitende Spule 10 auf als diejenigen des Aufbaus 2, weil die Umfangsschlitze 206 die aus dem Wirbelstromverlust resultierende Wärmeerzeugung unterdrücken konnten, wobei gleichzeitig die Umfangswärmeleitung aufrechterhalten wurde, d. h. die Kühleigenschaften in dem Aufbau 3 nicht reduziert wurden. Die Umfangswärmeleitung in dem Aufbau 2 war aufgrund der Vielzahl von radialen Schlitzen 204 geringfügig reduziert.
Nachdem die supraleitenden Spulen 1 für eine Stunde bei einem Erregungsstromwert von 200 A gehalten wurden, wiesen die supraleitenden Spulen 1 mit den Kühlplatten 2 der Aufbauten 1 bis 3 im wesentlichen gleiche Temperaturen von ungefähr 12 K auf, wobei die Kühleigenschaften unverändert blieben, wenn die supraleitenden Spulen 1 nicht magnetisiert/entmagnetisiert wurden.
(Beispiel 4)
Eine in 9 gezeigte supraleitende Spule 10 wurde ähnlich wie in dem Beispiel 3 vorbereitet. Wie in 9 gezeigt, wurde eine Feder 101 auf einer Kupferplatte 3 angeordnet, um eine Klemmkraft auf die supraleitende Spule 10, die derjenigen von 2 ähnlich war, in der Richtung der Spulenachse auszuüben. Eine Vielzahl von derartigen Federn 101 (nicht gezeigt) wurde in der Umfangsrichtung auf der Kupferplatte 3 angeordnet. Jede Feder 101 wurde mittels einer Schraube 102 und Muttern 103 und 104 fixiert. Im wesentlichen scheibenförmige Kühlplatten 2 wurden nur auf den Endteilen in der Spulenachsenrichtung der supraleitenden Spule 10 angeordnet. Die Kühlplatten 2 wiesen den Aufbau 1 von 5 auf. Eine Kühleinrichtung wurde ähnlich wie in 4 gebildet, um die Kühltemperaturen ähnlich wie in Beispiel 3 zu messen. Eine in der Richtung der Spulenachse ausgeübte Klemmkraft wurde variiert, um die Spulentemperaturen bei den entsprechenden Höhen der Klemmkraft zu messen. Der Erregungsstromwert war 295 A, und die durch die supraleitende Spule 10 erzeugte Wärme lag bei 1 W. Die Tabelle 6 zeigt die Temperaturen der entsprechenden Teile der supraleitenden Spule 10, die bei entsprechenden Höhen der in der Richtung der Spulenachse ausgeübten Klemmkraft gemessen wurde.
[Tabelle 6]
Aus den Ergebnissen in der Tabelle 6 wird deutlich, dass ein Kühleffekt in einem zentralen Teil der supraleitende Spule 10 auftrat, wenn die Klemmkraft in der Richtung der Spulenachse wenigstens bei 0,05 kg/mm² lag, und dass die entsprechenden Teile der supraleitenden Spule 10 bei niedrigen Temperaturen gehalten wurden, wenn die Klemmkraft 0,2 kg/mm² überschritt. Die gesamte supraleitende Spule 10 wurde also effektiv gekühlt.
(Beispiel 5)
Ein supraleitender Draht wurde vorbereitet, indem ein Bismuthoxid-Supraleiter, der hauptsächlich aus einer 2223-Phase (Bi_xPb_1–x)₂Sr₂Ca₂Cu₃O_y besteht, mit Silber beschichtet wurde. Dieser bandartige supraleitende Draht wies eine Breite von 3,6 ± 0,4 mm und eine Dicke von 0,23 ± 0,02 mm auf. Vier derartige bandartige supraleitende Drähte wurden übereinander gelegt, wobei ein rostfreies Band aus SUS316 mit einer Breite von ungefähr 3,5 mm und einer Dicke von ungefähr 0,2 mm sowie ein Polyamidband mit einer Dicke von ungefähr 100 μm nacheinander über diesen supraleitenden Drähten angebracht wurden. Ein auf diese Weise gebildeter bandartiger Verbund wurde auf einen Spulenkern gewickelt, um eine Doppelflachspule mit einem Innendurchmesser von 940 mm, einem Außendurchmesser von 1010 mm und einer Höhe von ungefähr 8 mm zu bilden. Der kritische Strom des mit Silber beschichteten supraleitenden Bismuthdrahts betrug ungefähr 30 bis 40 A (77 K), wenn das Schnittflächenverhältnis zwischen dem Silber und dem Bismuth-Supraleiter bei 2,2 lag.
Es wurden zwanzig derartige Doppelflachspulen übereinander gestapelt und miteinander verlötet. Die Doppelflachspulen wurden durch FRP-Schichten mit einer Dicke von 0,1 mm elektrisch voneinander isoliert.
8 zeigt eine supraleitende Spule 10, die durch Stapelung von zwanzig Doppelflachspulen 1 in der Richtung der Spulenachse in der zuvor beschriebenen Weise erhalten wurde. Rostfreie Platten 7 und 8 wurden jeweils an oberen und unteren Teilen der supraleitenden Spule 10 angeordnet. Die supraleitende Spule 10 wurde zwischen den scheibenförmigen rostfreien Platten 7 und 8 fixiert gehalten. Im wesentlichen scheibenförmige Kühlplatten 2 aus einer Aluminiumlegierung mit einer Dicke von 0,8 mm wurden zwischen den Doppel flachspulen 1 angeordnet. Die Kühlplatten 2 und die rostfreien Platten 7 und 8 wurden an Wärmeleitbalken 5 fixiert, die mit Kühlköpfen von Kühleinrichtungen verbunden waren. In diesem Beispiel wurden zwei Kühleinrichtungen verwendet, um die große supraleitende Spule 10 zu kühlen. die supraleitende Spule wurde unter Verwendung der Raumtemperatur gebildet.
Stromanschlussdrähte aus unter hohen Temperaturen supraleitenden Oxiddrähten wurden zwischen der supraleitenden Spule 10 und Temperaturankerteilen von ersten Stufen angeordnet, um das Eindringen von Wärme zu verhindern, während Kupferdrähte zwischen den Temperaturankerteilen der ersten Stufen und Teilen unter der Raumtemperatur angeordnet wurden. Die supraleitende Spule 10 wurde durch Schutzplatten gegenüber einer Strahlungswärme abgeschirmt.
Die supraleitende Spule 10 wurde mittels der Kühleinrichtungen auf ungefähr 15 K gekühlt und dann mit einem Erregungsstrom betrieben. Wenn der Erregungsstrom auf 290 A erhöht wurde, wies die supraleitende Spule 10 stabile Betriebseigenschaften auf.
Dann wurde die supraleitende Spule 10 zur Raumtemperatur zurückgeführt und mit Harz imprägniert. Nach einer ausreichenden Imprägnierung mit Epoxidharz wurde die supraleitende Spule 10 in einer Atmosphäre von 120°C für ungefähr 1,5 Stunden wärmebehandelt, um das Epoxidharz zu härten. Die mit dem Harz imprägnierte supraleitende Spule 10 wurde mittels der Kühleinrichtungen gekühlt, wobei ein Erregungsstrom zugeführt wurde, um die Spulenerregungseigenschaften zu untersuchen. Die supraleitende Spule 10 wies eine Leistung auf, die derjenigen vor der Imprägnierung mit dem Epoxidharz entsprach. Es ist also zu beachten, dass die Kühleigenschaften für die supraleitende Spule 10 mit den Kühlplatten unverändert blieb, obwohl dieselbe bei 120°C wärmebehandelt wurde, um mit dem Harz imprägniert zu werden.
In dem Aufbau der supraleitenden Spule gemäß der Erfindung werden die Kühlplatten vorzugsweise aus einem Metallmaterial wie etwa Gold, Silber, Kupfer, Aluminium oder einer Legierung desselben gebildet, das bei einer Wärmebehandlung mit einer Temperatur von bis zu 130°C nicht neu kristallisiert, um die supraleitende Spule mit Harz zu imprägnieren. Weiterhin werden vorzugsweise Kühlplatten mit einer Dicke innerhalb eines Bereichs von 0,3 bis 3,0 mm verwendet. Es wird kein Effekt zur Verbesserung der Kühleigenschaft erhalten, wenn die Dicke der Kühlplatten zu klein ist, während der Spulenpackungsfaktor (Verhältnis des Volumens der supraleitenden Drähte in der Spule) reduziert wird, wenn die Dicke der Kühlplatten zu groß ist. Außerdem sind die Kühlplatten direkt elektrisch und thermisch mit der Kühleinrichtung verbunden, wobei dazwischen kein Isolator vorgesehen wird. Wenn die Kühlplatten über einen Isolator mit der Kühleinrichtung verbunden sind, wird die Kühleigenschaft reduziert.
Der Aufbau der supraleitenden Spule gemäß der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise auf eine Spule angewendet, die durch das Reagieren-und-Wickeln-Verfahren gebildet wird.
Die vorliegende Erfindung wurde ausführlich beschrieben und dargestellt, wobei deutlich sein sollte, dass die Beschreibung und Darstellung lediglich beispielhaft und keineswegs einschränkend ist. Der Umfang der vorliegenden Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche definiert.

Claims

Superleitende Spule (10), die durch Stapelung einer Mehrzahl von Flachspulen gebildet ist, wobei die superleitende Spule umfasst: eine erste Flachspule (1), die durch Wicklung eines superleitenden Leiters gebildet ist, eine zweite Flachspule (1), die durch Wicklung eines superleitenden Leiters gebildet ist und auf der ersten Flachspule in Richtung einer Spulenachse gestapelt ist, und eine Kühlplatte (2), die zwischen der ersten und zweiten Flachspule angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die superleitende Spule in einem Vakuum angeordnet ist, die superleitenden Leiter aus superleitenden Drähten mit bandartiger Formgebung gebildet sind und die Kühlplatte (2) so ausgebildet ist, dass sie durch Leitung von einer Kühlvorrichtung (20) gekühlt wird.
Superleitende Spule nach Anspruch 1, wobei die Kühlplatte (2) in einem Abschnitt mit einem magnetischen Feld senkrecht zu der Spulenachse angeordnet ist.
Superleitende Spule nach Anspruch 1, wobei die Kühlplatte (2) in einem Endabschnitt in Richtung der Spulenachse in der superleitenden Spule (10) angeordnet ist.
Superleitende Spule nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die superleitenden Leiter einen Oxydsuperleiter enthalten.
Superleitende Spule nach Anspruch 4, wobei der Oxydsuperleiter ein Bismuth-Superleiter ist.
Superleitende Spule nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Kühlplatte (2) mit einem Schlitz (204, 205, 206) versehen ist.
Superleitende Spule nach Anspruch 6, wobei der Schlitz (206) entlang einer Umfangsrichtung um die Spulenachse gebildet ist.
Superleitende Spule nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine Klemmkraft von zuminderst 0,05 kg/mm² und von nicht mehr als 3 kg/mm² in Richtung der Spulenachse aufgebracht ist.
Superleitende Spule nach Anspruch 8, wobei die Klemmkraft zumindest 0,2 kg/mm² und von nicht mehr als 3 kg/mm² in Richtung der Spulenachse aufgebracht ist.
Superleitende Spule nach Anspruch 8, wobei die Klemmkraft von einer Feder (101) aufgebracht ist.