ES2237993B1 - Dispositivo magnetico para la regulacion de una corriente persistente en un anillo superconductor. - Google Patents
Dispositivo magnetico para la regulacion de una corriente persistente en un anillo superconductor.Info
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Abstract
Dispositivo magnético para la regulación de una corriente persistente en un anillo superconductor. Consiste en utilizar un electroimán (5) que abraza la pared del anillo superconductor (2). El entrehierro del electroimán es ajustable para adaptarse a paredes de diferentes grosores. El campo magnético generado por el electroimán y aplicado a la pared superconductora disminuye la corriente que circula por el superconductor. De esta forma, combinando la lectura del campo magnético en el centro del eje del superconductor por medio de una sonda Hall (8), con el campo magnético aplicado a la pared superconductora, se puede establecer un sencillo control sobre la corriente que circula por el anillo superconductor y así controlar el campo magnético generado por la misma.
Description
Dispositivo magnético para la regulación de una
corriente persistente en un anillo superconductor.
La presente invención se refiere a un dispositivo
de tipo magnético que permite regular una corriente persistente que
circula por un anillo superconductor. Dicho dispositivo, se basa en
disminuir la corriente desde la máxima que soporta el
superconductor por medio de la aplicación de un campo magnético en
las paredes de anillo. Este procedimiento aporta de forma sencilla
y eficaz una solución para controlar la corriente persistente de un
anillo superconductor.
Los anillos superconductores tienen la capacidad
de transportar un corriente persistente, siendo ésta generada por
un método inductivo. En pocas palabras, dicho procedimiento se
puede resumir de la siguiente forma: A temperatura ambiente el
anillo superconductor se somete a un campo magnético paralelo a su
eje central. A continuación, el material se enfría hasta una
temperatura por debajo de la critica (temperatura por debajo de la
cual el material es superconductor, resistencia cero), manteniendo
el campo magnético aplicado. Finalmente, se retira el campo
magnético y el superconductor responde inductivamente, a la
variación de flujo magnético, generando una corriente persistente
de forma que el flujo magnético a través del orificio del anillo
permanezca constante.
Usualmente cuando lo que se desea es inducir una
corriente elevada en el superconductor, se utilizan bobinas con un
número elevado de vueltas y con una gran corriente circulando por
las mismas. Debido a las mencionadas características, estas bobinas
deben ser refrigeradas por agua, y, en muchas ocasiones se utilizan
bobinas superconductoras refrigeradas por helio, lo que provoca
unos elevados costes de funcionamiento. Recientemente, se ha
desarrollado un método que consiste en lo siguiente: Se sitúa a
temperatura ambiente el anillo superconductor atravesado por un
núcleo de hierro. Alrededor de éste, se arrolla una bobina por la
cual se hace circular una corriente y todo el conjunto se sumerge
en un líquido criogénico (p. ej. Nitrógeno líquido). Una vez el
superconductor alcanza la temperatura del líquido (inferior a su
temperatura critica), el anillo se extrae del núcleo, de forma que
se induce una corriente en el mismo. Debido a la alta permeabilidad
magnética del hierro, aun empleando pequeñas bobinas de excitación,
se alcanzan grandes campos magnéticos en el orificio del
superconductor. De esta forma se inducen corrientes elevadas de
forma muy sencilla. Si bien la sencillez de este procedimiento hace
que sea prometedor para aplicaciones prácticas presenta algunos
problemas. Al igual que en el método tradicional, una vez se induce
la corriente ésta no se puede regular. Dicho inconveniente lo
inhabilita para cualquier aplicación práctica, que hace necesario
que el campo magnético generado por el superconductor se pueda
adecuar a los requerimientos (regulación).
En esta patente mostramos un dispositivo
magnético que permite la regulación de la corriente que circula por
el superconductor a partir de su corriente critica. Para ello, se
somete a un campo magnético la pared superconductora y se aprovecha
la propiedad de los superconductores por la que disminuyen su
capacidad al paso de la corriente si aumenta el campo magnético
aplicado.
El dispositivo magnético para la regulación de
una corriente en un anillo superconductor se basa en la propiedad
que tiene un superconductor, por la que, la corriente que puede
circular por el mismo es función del campo magnético aplicado.
Concretamente, la corriente que puede pasar por el superconductor
disminuye según aumenta el campo magnético aplicado al material (la
máxima corriente se obtiene a campo magnético cero). En la presente
invención se propone un dispositivo que aprovecha esta propiedad de
los superconductores para establecer un control sobre la corriente
que circula por un anillo superconductor.
Hay que destacar que, antes de comenzar la
regulación con este dispositivo, por el superconductor circula la
corriente máxima (corriente critica). Ésta se pudo generar en el
mismo mediante un método inductivo como los mencionados en el
apartado de antecedentes de la invención.
El dispositivo mostrado consta de un electroimán,
de forma que la pared del anillo superconductor está situada en el
entrehierro del mismo. Por otra parte, se sitúa un sensor Hall que
mide el campo magnético en el centro del orificio del
superconductor, lo que da la medida de la corriente que circula por
el anillo (ley de Biot y Savart). La regulación se efectuará
simplemente haciendo circular una corriente por la bobina del
electroimán que magnetiza el núcleo ferromagnético y somete a la
pared superconductora a un campo magnético. En la zona donde se
aplica el campo con el electroimán disminuye la corriente local que
puede circular por el superconductor, y de esta forma, se disminuye
toda la corriente que circula por el circuito del anillo
superconductor. La corriente que circulará por el superconductor se
controla fácilmente regulando la corriente que pasa por la bobina y
que excita el núcleo del electroimán. Aumentando la corriente por
esta bobina aumenta la magnetización y el campo magnético en el
entrehierro, y por lo tanto, disminuye la corriente
superconductora.
Resulta muy importante tener en cuenta en todo
momento la corriente que circula por la bobina del electroimán y la
medida del campo magnético con la sonda Hall, ya que de esto
resultará un control efectivo sobre la corriente superconductora.
También hay que destacar que la corriente de la bobina del
electroimán se debe incrementar con sumo cuidado, debido a que la
relación existente entre la corriente de la bobina y el campo
magnético generado en el entrehierro no es lineal (sigue un ciclo
de histéresis). Es decir, para pequeñas corrientes de bobina el
superconductor se magnetiza muy poco y crea un campo débil en el
entrehierro. Alcanzado un valor de corriente, un pequeño aumento de
la misma provoca un crecimiento abrupto en el campo generado en el
entrehierro, hasta que el ferromagnético satura y por mucho que
aumente la corriente de la bobina el campo en el entrehierro no
aumenta.
La principal ventaja de este dispositivo es que
la muestra como extremadamente sencillo para realizar un control
sobre la corriente persistente que circula por un anillo
superconductor.
Para una mejor comprensión de cuanto queda
descrito en la presente memoria, se acompañan los siguientes
dibujos.
La figura 1 es una vista de un posible
dispositivo para inducir la corriente critica en el superconductor.
La figura 2 muestra una vista de cómo se acopla el electroimán a la
pared superconductora. La figura 3 es un detalle del conjunto
regulador; sensor de medida de campo magnético y electroimán.
Lo primero que se necesita es generar la
corriente máxima que puede circular por el superconductor. Para
ello se utiliza un procedimiento inductivo basado en la utilización
de un núcleo de hierro y una bobina (Figura 1). A temperatura
ambiente se sitúa el anillo superconductor de YBCO (2) en un núcleo
de hierro (1) sobre el que se arrolla una bobina (3) conectada a
una fuente de alimentación DC (4). El dispositivo se enfría hasta
la temperatura del nitrógeno líquido y el superconductor se extrae
abriendo el núcleo hierro. Esto provoca la consiguiente inducción
de una corriente persistente en el superconductor. Debe tenerse la
suficiente precaución para que la corriente en la bobina sea lo
suficientemente grande para alcanzar a continuación la corriente
critica en el superconductor. Esto se puede calcular fácilmente a
partir de las ecuaciones del electromagnetismo.
A continuación como se muestra en las Figuras 2 y
3, se emplaza la pared del anillo superconductor entre el
entrehierro de un electroimán. Este electroimán está formado por un
núcleo de hierro (5), que tiene una distancia de entrehierro
variable para que se pueda ajustar a diferentes grosores del anillo
superconductor. Además, tiene una bobina (6) arrollada a éste y
alimentada por una fuente de alimentación DC (7). Debido a que los
procesos de inducción (Figura 1) y de regulación (Figuras 2 y 3) no
son simultáneos, las fuentes de alimentación (4) y (7) pueden ser
las mismas. Por otra parte, en el centro del anillo superconductor
se sitúa una sonda Hall (8) que está conectada a un gaussimetro y
da el valor del campo magnético generado por la corriente
superconductora. Finalmente, simplemente hay que incrementar la
corriente por la bobina (6) que magnetiza el núcleo del electroimán
(5) y genera un campo en el entrehierro del mismo que afecta a la
pared del anillo superconductor (2), disminuyendo la corriente que
circula por el circuito que forma el anillo superconductor. Cuando
la medida del gaussimetro da el valor de campo magnético que se
desea alcanzar, simplemente hay que desconectar la fuente DC (7) que
alimenta el electroimán y la corriente superconductora permanecerá
ya estable en la muestra.
Claims (2)
1. El dispositivo magnético para la regulación de
una corriente en un anillo superconductor esta caracterizado
esencialmente por el hecho de que se puede regular la corriente
persistente que circula por un anillo superconductor (2), siempre
en sentido decreciente, sometiendo para ello la pared
superconductora a un campo magnético por medio de un electroimán
(5, 6, 7).
2. El dispositivo magnético para la regulación de
una corriente en un anillo superconductor, según la reivindicación
1, caracterizado por el hecho de que el electroimán para el
control de la corriente tiene una distancia de entrehierro variable
de forma que se pueda adaptar a anillos de diferentes
espesores.
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