FI100837B - Tapa suprajohdinaihion valmistamiseksi - Google Patents

Description

100837

TAPA SUPRAJOHDINAIHION VALMISTAMISEKSI

Tämä keksintö kohdistuu tapaan parantaa pakkaamista suprajohdinaihion kokoonpanovalmistuksessa, kun suprajohdinaihio koostuu huomattavasta 5 määrästä suprajohdepuikkoja.

Sovellutuksissa, kuten kiihdytinmagneeteissa, hienosäikeisiä suprajohtimia tarvitaan alentamaan magnetoitumisen aiheuttamaa magneettikentän vääristymistä. Magnetoituminen riippuu kriittisestä virran tiheydestä, matriisin ja suprajohteen 10 välisestä suhteesta ja suprajohdesäikeen halkaisijasta. Tavallisesti matriisin ja suprajohdemateriaalin välinen suhde määritetään tiettyyn kiinteään arvoon, joka määräytyy langan stabiilisuuden perusteella. Langan valmistuskustannusten pienentämiseksi kalliin suprajohdemateriaalin määrä pyritään saamaan mahdollisimman pieneksi. Tämän vuoksi kriittisen virran tiheyden pitää olla mahdollisim-15 man korkea, mutta samalla magnetoitumisen vuoksi suprajohdesäikeen halkaisija pitää olla mahdollisimman pieni. Pieni säikeen halkaisija kuitenkin aiheuttaa sen, : että suprajohdesäikeiden lukumäärää pitää kasvattaa suprajohtimen ominaisuuk- :: : sien ylläpitämiseksi. Tällaiset suprajohtimet on tavallisesti valmistettu useampivai- • .· heisella pudotuksella, jolloin lopputuloksena saatavaan suprajohtimeen muodos- . V 20 tuu välivaihepursotuksista eriarvoisia säiealueita. Kaksi- tai kolmivaiheisessa > * · /::: pursotusmenetelmässä muodostuu runsaasti paikallisia matriisin ja suprajohde- m ♦%· i~~:: materiaalin välisen suhteen poikkeamia. Lisäksi yksittäinen pursotusvaihe on ·»» · iT: kallis ja eri pursotusvaiheet heikentävät suprajohtimen ominaisuuksia ja kasvatta- • · · vat materiaalihävikkiä.

• · · ·«· · !*:·· 25

·**« J

·*·1 Pursotusvaiheiden vähentämiseksi on kehitetty suprajohdinaihion pakkaus- ··/·· F;**: menetelmiä, joissa useampia tuhansia suprajohdepuikkoja sisältävä suprajoh- 5,;.·: dinaihio voidaan koota niin, että suprajohdinaihion pursotus voidaan tehdä ; yksivaiheisellapursotuksella. Julkaisuissa KreilickT.S., Gregory E., Wong J., The • * 30 design and fabrication of strand for SSC magnet applications, ICEC 11, Berlin • · 1986, ja Geometric considerations in the design and fabrication of multifilamenta-ry superconducting composites, IEEE Transactions on magnetics, Vol. MAG-23, 2 100837

No 2, 1987, kuvataan tapa, jossa pyöreät suprajohdepuikot pakataan suoraan kuparikannuun. Julkaisussa Kanithi H.C., Valaris P., Zeitlin B.A., A novel approach to make fine filament superconductor, Supercollider 4, Edited by Nonte J., 1992, suprajohdepuikot pakataan kupariputkeen. Tätä samaa suprajohdinaihion 5 valmistusta on kuvattu myös US-patentissa 5088183, josta tunnetaan suuresta määrästä pyöreitä yksittäispuikkoja tehdyn suprajohtimen valmistusmenetelmä. Menetelmässä kootaan pyöreiden monopuikkojen kerrannainen ohutseinäisen kuusikulmioputken sisään, minkä jälkeen useita näin muodostettuja kuusikul-mioputkia kootaan pursotuskotelon sisään ja avoimeksi jääneet kohdat pakataan 10 yksittäisillä puikoilla. Tätä suprajohdinaihiota edelleen kompaktoidaan, pudotetaan ja vedetään haluttuun kokoon. Näissä kuvatuissa pakkausmenetelmissä ainakin osa puikoista jää vaille tuentaa, mikä sinänsä vaikeuttaa edullisen suprajohtimen aikaansaamista.

15 Esilläolevan keksinnön tarkoituksena on poistaa tekniikan tason mukaisia haittapuolia ja aikaansaada entistä parempi tapa suprajohdinaihion valmistamiseksi niin, että suprajohdinaihion valmistuksessa voidaan edullisesti käyttää poikkileikkaukseltaan olennaisesti pyöreitä suprajohdepuikkoja, jotka pakataan

, 1 I

' niin, että suprajohdepuikot on pituussuuntaisesti tuettu ainakin kahteen yksittäi- V1 1 ·· 20 sen suprajohdepuikon viereiseen pintaan ja jokaisella yksittäisellä puikolla säilyy tarkka paikka koko pötkyn mitan myös pituussuunnassa. Nämä pakkauslohkot *·*?*· {s; toisiinsa yhdistettyinä muodostavat halutun poikkileikkauspinnan suprajoh- dinaihiolle. Keksinnön olennaiset tunnusmerkit selviävät oheisista patenttivaati-: muksista.

• · · • · · ·· · · r;.. 25 ί*:Ί Keksinnön mukaisesti haluttu suprajohdinaihion poikkipinta aikaansaadaan ryi yhdistämällä lohkot toisiinsa. Lohkot on muodostettu edullisesti siten, että osa - lohkosta on valmistettu umpinaisesta metalliosasta, joka muodostaa osan supra johdinaihion keskusmetallia. Lohkot voivat olla edullisesti poikkileikkaukseltaan

0 I

30 olennaisen samanmuotoisia, mutta lohkot voivat olla myös muodoltaan erilaisia, , » kuitenkin niin, että samanmuotoisia lohkoja on symmetrisesti suprajohdinaihion poikkipinnan keskipisteen suhteen. Lohkojen muu, keskusmetalliosasta eroava 3 100837 osa on valmistettu metalliprofiileista, edullisesti kupari- tai seoskupari- (CuMn, CuNi)profiileista, joiden sisään paksuudeltaan 1,0-4,0 millimetriä olevat supra-johdinaihion yksisäikeiset suprajohdepuikot pakataan niin, että yksittäinen puikko on tuettavissa puikon pituussuunnassa ainakin kahteen puikon viereiseen 5 pintaan. Lohkoja yhdistettäessä kahden lohkon väliin asennetaan edullisesti ainakin yksi ohut, paksuudeltaan 0,5 - 2, edullisesti 1,0-1,5 millimetriä oleva metallilevy, kuten kupari- tai seoskupari- (CuMn, CuNijlevy. Ohut metallilevy jakaa suprajohdinpakkauksen lohkoihin, jotka voidaan pakata vaiheittain. Lisäksi levyjen avulla tuetaan suprajohdinaihiot omiin paikkoihinsa.

10 Käyttämällä keksinnön mukaista tapaa saadaan huomattava määrä, edullisesti tuhansia suprajohdepuikkoja pakattua kustannuksiltaan edullisella tavalla. Suprajohdinaihion eri lohkot pakataan suprajohdepuikoilla edullisesti eri aikaan, jolloin puikkojen lukumäärää tavanomaiseen johdinpakkaamiseen nähden 15 voidaan kasvattaa. Suprajohtimeen pystytään näin pakkaamaan rakenteellisesti enemmän ja pienempiä säikeitä säilyttäen kertapakkauksen edut.

Keksinnön mukaisesti suprajohdinaihion lohkot voidaan jakaa edelleen säteittäi-

4 I I

sesti alueisiin, joissa suprajohdepuikot on pakattu pituussuunnassa toisiinsa « * 20 nähden eri tasoon. Kun lohko on pakattu pituussuuntaisesti alueittain eri tasoon, « H * ’ / ,· saadaan edullisesti pienempi materiaalihävikki.

• · %·* • * · • m · 1 · fr · · >»< ·

Keksinnön mukaisessa tavassa suprajohdepuikkoina käytetään edullisesti *« · poikkipinta-alaltaan pyöreitä puikkoja, jolloin puikot tuetaan toisiinsa tai lohkon * · · y[.'. 25 seinämään niin, että yksittäinen puikko on tuettu pituussuuntaisesti ainakin kahdelta viereiseltä pinnaltaan. Näin yksittäiset suprajohdepuikot pysyvät edulli-sesti paikoillaan suprajohtimen valmistuksen eri vaiheissa.

* f * li’ J { I · · V Keksinnön mukaisella tavalla aikaansaatu olennaisen tiivis pakattu kokonaisuus I · 30 pidetään yllä määrittämällä lohkojen dimensiot suprajohdepuikon halkaisijan

» I

perusteella niin tarkasti, ettei tiivispakkauksessa pääse tapahtumaan siirtymiä.

Näin lopputuotteessa säikeet ovat säännöllisen muotoisia ja pienissä säikeissä 4 100837 herkästi esiintyviä kuroumia voidaan välttää. Tämän vuoksi myös muita lopputuloksena aikaansaadun suprajohtimen sähköisiä ominaisuuksia, kuten hyvyysluku eli n-tekijä ja kriittinen virrantiheys, voidaan parantaa.

5 Keksinnön mukaisesti käytetyt suprajohdepuikkojen pakkauslohkot ovat edullisesti olennaisen säännöllisiä monikulmioita tai sektoreita. Olennaisesti ympyräpoikki-pintaisen suprajohdinaihion pakkaamiseksi lohkojen kärkikulma keskipisteen suhteen voi edullisesti vaihdella välillä 30 - 360 astetta. Tällöin esimerkiksi lohkon kärkikulman ollessa 60 astetta tarvitaan lohkoja kuusi kappaletta, jotta lohkoista 10 saadaan aikaan edullisesti olennaisesti ympyränmuotoinen suprajohdinaihion poikkipinta. Kun lohkojen kärkikulma keskipisteen suhteen on 180 astetta, tarvitaan lohkoja kaksi kappaletta, tai lohkojen kärkikulman ollessa 90 astetta lohkoja tarvitaan neljä kappaletta. Lohkojen lukumäärä voi olla jopa kaksitoista kappaletta, jolloin ympyräpoikkipinnan ollessa kyseessä lohkon kärkikulmaksi 15 keskipisteen suhteen muodostuu 30 astetta.

Keksintöä selostetaan lähemmin seuraavassa viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää erääseen keksinnön edulliseen sovellutusmuotoon liittyvää suprajohdinaihion lohkoa poikkileikattuna, 20 kuvio 2 esittää kuvion 1 mukaisen sovellutusmuodon suprajohdinaihiota poikki- ; leikattuna, » » : kuvio 3 esittää kuvion 1 mukaista suprajohdinaihion lohkoa pituussuuntaisena • · * ·*.·’ : leikkauksena.

• · : '·· 25 Kuvion 1 mukaisesti suprajohdinaihion lohko 1 on muodostettu kuparia tai • · · • · · *·] ’ kupariseosta olevasta kantaosasta 2, joka on osa suprajohdinaihion keskusku- : paria. Lohkon kantaosaan 2 liittyvät seinämät 3 ja 4 muodostavat 60 asteen • · · !...: kulman toisiinsa nähden. Lohko 1 on muilta osin pakattu olennaisesti täyteen poikkileikkaukseltaan pyöreitä suprajohdepuikkoja 5, joita piirustusteknisesti on *·'/: 30 havainnollistettu vain lohkon 1 seinämien läheisyydessä. Lohko 1 on edelleen säteittäisesti jaettu katkoviivoin suprajohdepuikkoja 5 täynnä olevalta osaltaan 5 100837 osaltaan alueisiin 6,7,8 ja 9, jotka, kuten kuviossa 3 on havainnollistettu, on asennettu pituussuunnassa toisiinsa nähden eri tasoon.

Kuviossa 2 kuvion 1 mukainen lohko 1 on yhdistetty olennaisesti samanmuotois-5 ten lohkojen kanssa muodostamaan kuparivaipan 11 sisään halutunmuotoinen suprajohdinaihio 12. Lohkot 1 on erotettu toisistaan ainakin suprajohdepuikoilla 5 täytetyltä osaltaan ohuella metallilevyllä, kuten kupari- tai kupariseoslevyllä 13. Lisäksi kuparivaipan 11 ja lohkon 1 väliseen tilaan on asennettu ainakin yksiosainen kupari-tai kupariseosprofiili 14 aikaansaamaan lohkon 1 ja vaipan 11 välille 10 edullinen tuenta.

( ► * 1 t , i .

% · * * * » . >/ *14»· i «·· f.:*: • « · • · · · • · · • · · ♦ f· · · « # · »M · • · · I · » •X ’ • i · · ·»· · • » · • · • · » « « · n* * • · ·«

• » I

I I

> I · · I

I V

Claims (7)

100837

1. Tapa suprajohdinaihion valmistamiseksi, jossa suprajohdinaihiossa käytetään poikkipinta-alaltaan pyöreitä yksisäikeisiä suprajohdepuikkoja ja joka suprajoh- 5 dinaihio on pursotettavissa suprajohtimeksi yksivaiheisella pursotuksella, tunnettu siitä, että suprajohdinaihio (12) muodostetaan toisiinsa liitetyistä lohkoista (1), joihin on pakattu poikkileikkaukseltaan pyöreitä suprajohdepuikkoja (5).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, tunnettu siitä, että suprajohdinaihio (12) 10 muodostetaan olennaisesti samanmuotoisista lohkoista (1).

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, tunnettu siitä, että suprajohdinaihio (12) muodostetaan suprajohdinaihion (12) keskipisteen suhteen symmetrisistä lohkoista (1). 15

4. Patenttivaatimusten 1, 2 tai 3 mukainen tapa, tunnettu siitä, että lohkojen (1) lukumäärä on välillä 2-12 kappaletta. < I .

5. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen tapa, tunnettu siitä, että 20 lohkot (1) erotetaan toisistaan ainakin suprajohdepuikoilla (5) täytetyltä osaltaan metallilevyllä (13). • · f · · • · · • # · · • · · v

: 6. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen tapa, tunnettu siitä, että suprajohdepuikot (5) tuetaan ainakin kahteen viereiseen pintaan. =···· 25 · · • · j

7. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen tapa, tunnettu siitä, että • · : lohkot (1) on jaettu säteittäisesti alueisiin (6,7,8,9), jotka asennetaan toisiinsa • · · * ·; ' nähden suprajohdinaihion (12) pituussuunnassa eri tasoon. • · · • · • • · · 100837