EP2599134A1 - Hochtemperatur-supraleiter-magnetsystem - Google Patents

Hochtemperatur-supraleiter-magnetsystem

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EP2599134A1
EP2599134A1 EP10743028.2A EP10743028A EP2599134A1 EP 2599134 A1 EP2599134 A1 EP 2599134A1 EP 10743028 A EP10743028 A EP 10743028A EP 2599134 A1 EP2599134 A1 EP 2599134A1
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EP
European Patent Office
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hts
magnet system
winding
wound
poles
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EP10743028.2A
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English (en)
French (fr)
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EP2599134B1 (de
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Christian Boffo
Thomas Gerhard
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Bilfinger Noell GmbH
Original Assignee
Babcock Noell GmbH
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Publication date
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
    • H01F6/06—Coils, e.g. winding, insulating, terminating or casing arrangements therefor
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K1/00—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
    • G21K1/08—Deviation, concentration or focusing of the beam by electric or magnetic means
    • G21K1/093—Deviation, concentration or focusing of the beam by electric or magnetic means by magnetic means
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05G—X-RAY TECHNIQUE
    • H05G2/00—Apparatus or processes specially adapted for producing X-rays, not involving X-ray tubes, e.g. involving generation of a plasma
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H7/00—Details of devices of the types covered by groups H05H9/00, H05H11/00, H05H13/00
    • H05H7/04—Magnet systems, e.g. undulators, wigglers; Energisation thereof

Definitions

  • the invention relates to a high-temperature superconductor (HTS) magnet system, preferably for an insertion device for generating a high-intensity synchrotron radiation according to the features of the first claim.
  • HTS high-temperature superconductor
  • the device is not limited to this use, but can also be used for all other suitable applications, such as in an electromagnetic bearing.
  • Undulators and wigglers are made of permanent magnets and electromagnets.
  • a winding body for an electromagnetic undulator is described in DE 10 2007 010 414 A1.
  • two yokes are aligned with each other so that they are symmetrical to the beam axis of the electron beam and generate the desired field.
  • the use of permanent magnets for undulators and wigglers goes back to the first prototypes.
  • electromagnets the magnetic flux is directed through the poles, by energizing the adjacent coils in opposite directions. Compared to
  • Electromagnets are permanent magnetic undulators the most common solution, but limited in their maximum field.
  • superconducting insertion devices achieve higher magnetic fields and thus allow a higher electron flow and / or higher photon energies than the permanent magnetic systems, which is desired for future experiments.
  • SCU superconducting insertion devices
  • LTS low-temperature superconductors
  • the coils are usually wound together from as possible a continuous conductor with only a few interruptions. This means a lot of effort for the winding process, since the coils must be wound in each case in different directions to produce the alternating magnetic field.
  • these LTS coils which are therefore also protected from the outside by cold shields, must be cooled to cryogenic temperatures of about 4 K, typically with cryocoolers. They form with everything that has the lowest temperature in the cryostat, the so-called "cold mass.”
  • Cryo-coolers are refrigerators with a closed cooling circuit, by which the cryogenic temperatures can be reached and by which a bath cooling with liquid helium can be bypassed Use of the magnet greatly simplified.
  • a problem related to the solution for superconducting insertion devices is the handling of the generated by the wave motion of the electron beam
  • the total amount of heat of a beam of a third generation synchrotron source can be determined by "Heat load issues of superconducting undulator operated at TPS storage ring", JC Jan, CS Hwang and PH Lin, NSRRC, Hsinchu, Taiwan “Proceedings EPAC 2008” and "Measurements of the beam heat load in the cold bore superconductive undulator installed at ANKA ", S. Casalbuoni, A. Gray, M. Hagelstein, R. Rossmanith, Anlagenstechnik Düsseldorf, Germany, F. Zimmermann, CERN, Geneva, Switzerland, B. Kostka, E Maschkina, E. Steffens, University of Er Weg, Germany A. Bernhard, D. Wollmann, T. Baumbach, University of Düsseldorf, Germany, Proceedings PAC 2007 over 10W.
  • the cooling system of the magnet which must be kept at a temperature of 4.2K at all times in order to operate, is typically disconnected from the jet pipe cooling system to minimize the number of cryocoolers.
  • This solution makes it possible to keep the jet pipe at a higher temperature compared to the magnet, so that the cryocoolers still sufficient cooling capacity is available to the
  • HTS high-temperature superconductor
  • the solution according to the invention provides a bobbin, the cylindrical, oval, rectangular, quadrangular, as a block consisting of plates u. a. m. can be executed.
  • a bobbin On the lateral surface of the bobbin coaxial poles are arranged, which may have different shapes similar to the bobbin. Windings are arranged between the poles, the winding being an HTS conducting band.
  • Low-temperature superconducting wire as used in standard magnet systems for insertion devices, solved by a HTS guide band.
  • the HTS conduction band becomes superconducting even at the temperature of liquid nitrogen (77 K), and when operating at lower temperatures, the performance parameters of the conductor can increase significantly.
  • the conductor can not be wound up as desired due to its geometry and other mechanical properties.
  • HTS conductor strips are connected to one another by means of a connecting part such that an opposite current flow (FIGS. 2 and 4) is produced in the connected coils in order to produce the desired magnetic field configuration.
  • the conductive band preferably has a rectangular or similar cross-section.
  • the proposed solution requires two findings: a new winding scheme to generate the required magnetic field configuration and the use of HTS guide band for the magnet system, such as undulators, wigglers and insertion devices.
  • FIG. 1 shows the basic principle of an undulator with an electron 1 on the
  • Radiation axis 2 wherein above and below the radiation axis 2 north and south poles 4 of the magnetic field are arranged.
  • the device shown as a cut-out, generates a periodically alternating magnetic field on the beam axis 2, the period length being precisely defined. As the electrons 1 pass the field, they are forced by this field configuration onto an oscillating trajectory 3 and emit so
  • FIG. 2 shows the detail of two winding bodies 6 of a magnet system with the functional principle of an insertion device with oppositely energized magnetic coils 9, 1 whose magnetic flux 10, 12 is amplified in the poles 9, 11.
  • the winding body 6 with magnetic coils (poles) 9, 1 1 are arranged opposite one another, wherein the beam axis 2 passes between the winding body 6 with poles 9.1 1.
  • the generated by the magnetic coils 9.1 1 magnetic flux 10, 12 generates a magnetic field for each of the largest
  • Magnetic field vector 7 between the bobbins 6 was located.
  • FIG. 3 shows the schematic representation of a superconducting insertion device with the cryocooler 8 on the steel tube 14 through which the jet axis 2 passes.
  • Cryostat 15, the undulator magnet 17 consisting of the upper and the lower yoke and the cold mass 18 are also shown in the figure.
  • Figure 4 shows a schematic representation of the partial section A-A of the bobbin 6 of Figure 5 with elevations, wherein HTS winding packages 13 in individual layers 23, 24 consisting of HTS guide strip 23 and insulating film 24 are arranged one above the other. These layers represent the field-generating magnetic coils with different energization, in which the
  • the connecting piece 16, 20 is arranged between the coils above and below, so that a current flow can take place.
  • FIG. 5 shows the winding body 6 for the solution according to the invention in a view with several continuous poles 22 with the cutting profile A-A. Between the continuous poles 22, the connecting piece 20 can be seen at the beginning of the winding in a recess on the pole 21, wherein the connecting piece 20 connects two HTS-Leitb selected 23 together to form a pair, under which an insulating film 24 is located. Between the respective pairs 23, 24, a pole 21 is arranged with a recess.
  • the new winding scheme shown and described in FIG. 4 allows all coils to be wound in the same direction as that shown in FIG.
  • the alternating magnetic field structure typical of an undulator or winding is created by properly interconnecting the coils so as to control the current flow, as shown in Figure 4, to produce an opposite current flow.
  • the bare HTS conductive strip 23 is wound parallel to the winding body 6 simultaneously with an insulating tape 24.
  • the Winding two Leitb sections 23 are soldered to a HTS plate 20 so as to connect them electrically.
  • the wafer is glued to the winding core 6 so as to be during the
  • the two conductors 23 are simultaneously wound parallel to each other and with the insulating films 24.
  • the leader tape is fixed and cut to wind two new spools.
  • the Polerhöhungen 21 of the bobbin 6 have recesses where one of the lower connectors 20 must be, and continuous Polerhöhungen 22, where the winding segments 25 are electrically connected to each other via a top-mounted connector.
  • FIG. 6 shows how the two coils are connected to the two preceding ones to produce the electrical flux as shown in FIG. This procedure greatly simplifies the winding process and due to the modular arrangement can
  • the scheme can be applied to any possible configuration of an HTS magnet system of an insertion device, and is therefore also suitable for use in so-called free electron lasers and other particle accelerator based light sources.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hochtemperatur-Supraleiter(HTS)-Magnetsystem, vorzugsweise für einen Insertion Device zur Erzeugung einer hochintensiven Synchrotronstrahlung, bestehend aus dem Wickelkörper (6), auf dessen Mantelfläche Pole mit dazwischen liegenden Wicklungen angeordnet sind, wobei mindestens ein Hochtemperatur-Supraleitband (23) in eine Richtung auf dem Wickelkörper (6) gewickelt ist und benachbarte Wickelpakete (13) oder -Sektionen elektrisch miteinander so verbunden sind, dass der Stromfluss jeweils gegenläufig ist. Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil eines vereinfachten Wickelvorganges, wobei durch die modulare Anordnung gegebenenfalls einzelne Spulenpaare ausgetauscht werden können. Das Schema kann auf jede mögliche Konfiguration eines Insertion Device angewendet werden und eignet sich daher auch für die Anwendung in sogenannten freien Elektronenlasern und anderen auf Teilchenbeschleunigern basierenden Lichtquellen. Weiterhin entfällt die aufwendige Kühlung, so daß Sicherheitsprobleme durch fehlende Kühlung nicht auftreten können.

Description

Hochtemperatur-Supraleiter-Magnetsystem
Die Erfindung betrifft eine Hochtemperatur-Supraleiter (HTS)-Magnetsystem, vorzugweise für einen Insertion Device zur Erzeugung einer hochintensiven Synchrotronstrahlung nach den Merkmalen des ersten Patentanspruches. Die Vorrichtung ist aber nicht auf diesen Einsatz beschränkt, sondern kann auch für alle anderen geeigneten Anwendungsfälle eingesetzt werden, wie beispielsweise in einem elektromagnetischen Lager.
In Synchrotronlichtquellen werden sogenannte Insertion Devices, Undulatoren und Wiggler, genutzt, um hoch brillante Strahlung zu erzeugen, die für viele verschiedenartige
Experimente verwendet wird. Diese Vorrichtungen erzeugen ein periodisch alternierendes Magnetfeld auf der Strahlachse wobei die Periodenlänge genau definiert ist. Während die Elektronen das Feld passieren, werden sie durch diese Feldkonfiguration auf eine
oszillierende Trajektorie gezwungen und emittieren so Synchrotronstrahlung. Im speziellen Fall eines Undulators ist die Periodenlänge des Magnetfeldes genau auf die Wellenlänge der Synchrotronstrahlung angepasst. Dies führt zu stimulierter Emission, die kohärentes Licht in einer sehr schmalen Bandbreite erzeugt. Aufgrund der periodischen transversalen Oszillation der Teilchen ist die resultierende spontane Emission hauptsächlich kohärent und von schmaler spektraler Linienbreite, wie das in„Trends in the Development of Insertion devices for a future Synchrotron light source", CS. Hwang, C.H. Chang, NSRRC, Hsinchu, Taiwan, Proceedings IPAC 2010 beschrieben ist.
Undulatoren und Wiggler werden aus Permanentmagneten und Elektromagneten gebaut. Ein Wickelkörper für einen elektromagnetischen Undulator ist in DE 10 2007 010 414 A 1 beschrieben. Dabei werden zwei Joche so zueinander ausgerichtet, daß sie symmetrisch zur Strahlachse des Elektronenstrahls liegen und das gewünschte Feld erzeugen. Der Gebrauch von Permanentmagneten für Undulatoren und Wiggler geht noch auf die ersten Prototypen zurück. Vor allem bei Elektromagneten wird der magnetische Fluss durch die Pole gelenkt, indem man die benachbarten Spulen gegenläufig bestromt. Im Vergleich zu
Elektromagneten sind permanentmagnetische Undulatoren die am meisten verbreitete Lösung, aber in ihrem maximalen Feld begrenzt.
Supraleitende Insertion Devices (SCU) erreichen dagegen höhere Magnetfelder und erlauben so einen höheren Elektronenfluss und/oder höhere Photonenenergien, als die permanent-magnetischen Systeme, was für künftige Experimente gewünscht wird. Mehrere supraleitende Insertion Devices wurden bisher gebaut, ihre Spulen werden aber
standardmäßig aus Niedertemperatursupraleitern (LTS) gefertigt. („Fabrication of the new superconducting undulator for the ANKA Synchrotron light source",C. Boffo, W. Walter, Babcock Noell GmbH, Würzburg, Germany, T. Baumbach, S. Casalbuoni, A. Grau, M.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Hagelstein, D. Seaz de Jauregui, Karlsruhe Institute of Technology, Karlsruhe, Germany, Proceedings IPAC 2010).
Die Spulen werden meist aneinanderhängend aus möglichst einem durchgehenden Leiter mit nur wenigen Unterbrechungen gewickelt. Dies bedeutet einen hohen Aufwand für den Wickelvorgang, da die Spulen dabei jeweils in verschiedene Richtungen gewickelt werden müssen um das wechselnde Magnetfeld zu erzeugen. Grundsätzlich müssen diese LTS Spulen, die deshalb auch besonders nach außen durch Kälteschilde geschützt werden, auf kryogene Temperaturen um 4 K, typischer Weise mit Kryokühlern gekühlt werden. Sie bilden mit allem was, die tiefste Temperatur in dem Kryostaten hat, die sogenannte„kalte Masse". Kryokühler sind Kältemaschinen mit geschlossenem Kühlkreislauf, durch die das erreichen kryogener Temperaturen möglich ist und durch die eine Badkühlung mit flüssigem Helium umgangen werden kann, was die Verwendung des Magneten stark vereinfacht.
Kommerzielle Systeme bringen bis zu 1 ,5 W Kühlleistung bei einer Temperatur von 4,5 K. Die Kühlleistung hängt stark von der Betriebstemperatur der zu kühlenden Anwendung ab. Je höher die Betriebstemperatur, desto höher die verfügbare Kühlleistung.
Ein Problem, das sich auf die Lösung für Supraleitende Insertion Devices bezieht, ist der Umgang mit dem, durch die Wellenbewegung des Elektronenstrahls erzeugten,
Wärmeeintrag bei kryogenen Temperaturen. Die gesamte Wärmemenge eines Strahls einer Synchrotronquelle der dritten Generation kann nach„Heat load issues of superconducting undulator operated at TPS storage ring", J. C. Jan, C. S. Hwang and P. H. Lin, NSRRC, Hsinchu, Taiwan" Proceedings EPAC 2008" und„Measurements of the beam heat load in the cold bore superconductive undulator installed at ANKA", S. Casalbuoni, A. Grau, M. Hagelstein, R. Rossmanith, Forschungszentrum Karlsruhe, Germany, F. Zimmermann, CERN, Geneva, Switzerland, B. Kostka, E. Mashkina, E. Steffens, University of Erlangen, Germany A. Bernhard, D. Wollmann, T. Baumbach, University of Karlsruhe, Germany, Proceedings PAC 2007 über 10 W betragen.
Zur Zeit wird das Kühlsystem des Magneten, der, um zu funktionieren, zu jeder Zeit unter einer Temperatur von 4,2 K gehalten werden muss, typischerweise von dem Kühlsystem des Strahlrohrs getrennt, um die Anzahl der Kryokühler zu minimieren. Diese Lösung ermöglicht es das Strahlrohr im Vergleich zu dem Magneten auf einer höheren Temperatur zu halten, so daß den Kryokühlern noch ausreichend Kühlleistung zur Verfügung steht, um den
Wärmeeintrag des Strahls auszugleichen. Obwohl sich das als machbare Lösung erwiesen hat, könnten die technischen Schwierigkeiten und die Sicherheit des Magnetsystems sehr verbessert werden, wenn man den Magneten bei der gleichen Temperatur wie das Strahlrohr betreiben könnte. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Magnetsystem für ein Insertion Device zu
entwickeln, bei der kein aufwendiges Wickeln nötig ist und eine aufwendige Kühlung entfällt, wobei Sicherheitsprobleme aufgrund fehlender Kühlung nicht entstehen sollen.
Diese Aufgabe wird durch ein Hochtemperatur-Supraleiter(HTS)-Magnetsystem für einen Insertion Device nach den Merkmalen des ersten Patentanspruches gelöst.
Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfinder wieder.
Die erfindungsgemäße Lösung sieht einen Wickelkörper vor, der zylindrisch, oval, rechteckig, viereckig, als Block, aus Platten bestehend u. a. m. ausgeführt sein kann. Auf der Mantelfläche des Wickelkörpers sind coaxiale Pole angeordnet, die verschiedene Formen ähnlich des Wickelkörpers aufweisen können. Zwischen den Polen sind Wicklungen angeordnet, wobei die Wicklung ein HTS-Leitband darstellt.
Mehrere übereinander angeordnete HTS-Leitbänder bilden ein Wickelpaket oder mehrere Wickelpakte eine Wickelsektion. Sowohl die Wickelpakete als auch die Wickelsektionen sind durch ein Verbindungsteil miteinander verbunden. Das obengenannte Problem wird grundsätzlich durch das Ersetzen des
Niedertemperatursupraleiterdrahtes (LTS), wie er in Standard-Magnetsystemen für Insertion Devices verwendet wird, durch ein HTS-Leitband gelöst. Das HTS-Leitband wird bereits bei der Temperatur von flüssigem Stickstoff (77 K) supraleitend und bei einem Betrieb bei tieferen Temperaturen können sich die Leistungsparameter des Leiters signifikant erhöhen. Der Leiter ist allerdings durch seine Geometrie und weitere mechanische Eigenschaften nicht beliebig wickelbar.
Bei der gefundenen Lösung sind mehrere, vorzugsweise jeweils zwei HTS-Leitbänder mittels eines Verbindungsteils so miteinander verbunden, dass in den Verbundenen Spulen ein gegenläufiger Stromfluss (Fig.2und .4) entsteht, um die gewünschte Magnetfeldkonfiguration herzustellen.
Vorteilhaft ist es, das HTS-Leitband gleichzeitig mit einem darunter angeordneten Isolierband parallel auf die Mantelfläche des Wickelkörpers zu wickeln. Das Leitband weist vorzugsweise einen rechteckigen oder ähnlichen Querschnitt auf. Die vorgeschlagene Lösung setzt zwei Erkenntnisse voraus: Ein neues Wickelschema um die geforderte Magnetfeldkonfiguration zu erzeugen und die Nutzung von HTS-Leitband für das Magnetsystem, wie Undulatoren, Wiggler und Insertion Devices. Weiterhin ist es vorteilhaft, den Wickelkörper zylinderförmig auszuführen und coaxiale Pole auf der Mantelfläche anzuordnen. Zwischen den ringförmigen Polen ist eine Aussparung für das Verbindungsteil anzuordnen.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, auf dem fertig gewickelten Wickelkörper ein oberes
Verbindungsstück anzuordnen.
Im Folgenden sollen die Erfindung und der Stand der Technik an einem Ausführungsbeispiel und sechs Figuren näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:
Grundprinzip eines Undulators mit magnetischem Süd- und Nordpol, mit Elektronen und emittierten Photonen
Funktionsprinzip eines Insertion Device mit Magnetspulen
Schematische Darstellung eines supraleitenden Insertion Devices mit Kryokühler für Stahlrohr und Magnet
Schematische Darstellung der Wickellagen auf dem Joch des Wickelkörpers von Figur 5, rotationssymmetrisch
Ansicht auf einen Wickelkörper und den Anfang einer Wicklung mit zwei Leitern an einem Verbindungsstück
Ansicht auf einen fertig gewickelten Wickelkörper, auf dem die oberen Verbindungsstücke angebracht wurden.
Die Figur 1 zeigt das Grundprinzip eines Undulators mit einem Elektron 1 auf der
Strahlungsachse 2, wobei ober- und unterhalb der Strahlungsachse 2 Nord- und Südpole 4 des Magnetfeldes angeordnet sind. Die Vorrichtung, die als Ausschnitt gezeigt ist, erzeugt ein periodisch alternierendes Magnetfeld auf die Strahlachse 2, wobei die Periodenlänge genau definiert ist. Während die Elektronen 1 das Feld passieren, werden sie durch diese Feldkonfiguration auf eine oszillierende Trajektorie 3 gezwungen und emittieren so
Synchrotronstahlung 5 des Elektrons. Die Figur 2 zeigt den Ausschnitt von zwei Wickelkörpern 6 eines Magnetsystems mit dem Funktionsprinzip eines Insertion Device mit gegenläufig bestromten Magnetspulen 9,1 1 deren magnetischer Fluß 10,12 sich in den Polen 9, 11 verstärkt. Die Wickelkörper 6 mit Magnetspulen (Pole) 9, 1 1 sind gegenüberliegend angeordnet, wobei die Strahlachse 2 zwischen die Wickelkörper 6 mit Polen 9,1 1 hindurchführt. Der durch die Magnetspulen 9.1 1 erzeugte magnetische Fluß 10, 12 erzeugt ein Magnetfeld für das der jeweils größte
Magnetfeldvektor 7 zwischen den Wickelkörpern 6 eingezeichnet wurde.
Die Figur 3 zeigt die schematische Darstellung eines supraleitenden Insertion Device mit dem Kryokühler 8 am Stahlrohr 14, durch das die Strahlachse 2 führt. Kryostat 15, der Undulatormagnet 17 bestehend aus dem oberen und dem unteren Joch sowie die kalte Masse 18 sind der Figur ebenfalls zu entnehmen. Die Nachteile und die Funktionsweise dieser Vorrichtung wurden bereits beschrieben. Die Figur 4 zeigt in schematischer Darstellung den Teilschnitt A-A des Wickelkörpers 6 der Figur 5 mit Erhöhungen, wobei HTS-Wickelpakete 13 in einzelnen Lagen 23, 24 bestehend aus HTS-Leitband 23 und Isolierfolie 24 übereinander angeordnet sind. Diese Lagen stellen die felderzeugenden Magnetspulen mit unterschiedlicher Bestromung dar, in die die
Richtung 19 des Stromflusses durch die Spulen eingezeichnet wurde. Das Verbindungsstück 16, 20 ist zwischen den Spulen oben und unten angeordnet, so daß ein Stromfluß erfolgen kann.
Figur 5 zeigt den Wickelkörper 6 für die erfindungsgemäße Lösung in Ansicht mit mehreren durchgehenden Polen 22 mit dem Schnittverlauf A-A. Zwischen den durchgehenden Polen 22 ist das Verbindungsstücke 20 am Anfang der Wicklung in einer Aussparung am Pol 21 zu sehen, wobei das Verbindungsstück 20 zwei HTS-Leitbänder 23 zu einem Paar miteinander verbindet, unter dem sich ein Isolationsfolienpaar 24 befindet. Zwischen den jeweiligen Paaren 23, 24 ist ein Pol 21 mit Aussparung angeordnet. Das in Figur 4 gezeigte und beschriebene neue Wickelschema erlaubt es, alle Spulen in dieselbe Richtung zu wickeln, wie das in Figur 5 zu sehen ist.
Die alternierende Magnetfeldstruktur, die für einen Undulator oder Wicklung typisch ist, entsteht durch das richtige Verbinden der Spulen untereinander, um so den Stromfluß so zu steuern, wie das in Figur 4 dargestellt ist, dass ein gegenläufiger Stromfluss hergestellt wird.
Gemäß dem neuen Wickelschema (siehe Fig. 5) wird das blanke HTS Leitband 23 gleichzeitig mit einem Isolationsband 24 parallel auf den Wickelkörper 6 gewickelt. Vor dem Wickeln werden zwei Leitbänder 23 auf ein HTS-Plättchen 20 gelötet, um sie so elektrisch zu verbinden. Das Plättchen wird auf den Wickelkern 6 geklebt, um so während des
Wickelprozesses Spannung aufbauen zu können. Die beiden Leiter 23 werden gleichzeitig parallel zueinander und mit den Isolationsfolien 24 gewickelt. Wenn der Wickelprozeß der zwei Spulen abgeschlossen ist, wird das Leitband fixiert und abgeschnitten, um zwei neue Spulen zu wickeln. Die Polerhöhungen 21 des Wickelkörpers 6 haben Aussparungen dort, wo eines der unteren Verbindungsstücke 20 liegen muß, und durchgehende Polerhöhungen 22, wo die Wickelsegmente 25 miteinander über ein oben aufliegendes Verbindungsstück elektrisch verbunden werden.
Die Figur 6 zeigt, wie die zwei Spulen mit den zwei vorhergehenden verbunden werden, um den elektrischen Fluss wie in Figur 4 gezeigt, zu erzeugen. Diese Vorgehensweise vereinfacht den Wickelprozess sehr und durch die modulare Anordnung können
gegebenenfalls einzelne Spulenpaare ausgetauscht werden. Das Schema kann auf jede mögliche Konfiguration eines HTS-Magnetsystems eines Insertion Devices angewendet werden, und eignet sich daher auch für die Anwendung in sogenannten Freie Elektronen Lasern und anderen auf Teilchenbeschleunigern basierenden Lichtquellen.

Claims

Patentansprüche
Hochtemperatur-Supraleiter(HTS)-Magnetsystem, vorzugsweise für eine Insertion Device zur Erzeugung einer hochintensiven Synchrotronstrahlung, bestehend aus dem Wickelkörper (6), auf dessen Mantelfläche Pole mit dazwischen liegenden Wicklungen angeordnet sind, gekennzeichnet dadurch, daß mindestens ein
Hochtemperatur-Supraleitband (23) in eine Richtung auf dem Wickelkörper (6) gewickelt ist und benachbarte HTS-Wickelpakete (13) oder -Sektionen elektrisch miteinander so verbunden sind, dass der Stromfluss jeweils gegenläufig erfolgt.
HTS-Magnetsystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei HTS-Leitbänder (23) mittels einem Verbindungsteil (20, 16) miteinander verbunden und gewickelt sind.
HTS-Magnetsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Hochtemperatur-Supraleitbänder (23) gleichzeitig gewickelt sind.
HTS-Magnetsystem nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die HTS-Leitbänder (23) gleichzeitig mit einem darunter angeordneten Isolierband (24) parallel auf die Mantelfläche des Wickelkörpers (6) gewickelt sind.
HTS-Magnetsystem nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wickelkörper (6) zylinderförmig und die Pole (21 , 22) coaxial angeordnet sind.
HTS-Magnetsystem nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den coaxialen Polen (22) eine Aussparung für das Verbindungsteil (20) angeordnet ist.
HTS-Magnetsystem nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem fertig gewickelten Wickelkörper (6) ein oberes Verbindungsstück (16) angeordnet ist.
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EP (1) EP2599134B1 (de)
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