KR101243308B1

KR101243308B1 - superconducting magnet for measurememt apparatus for superconductivity

Info

Publication number: KR101243308B1
Application number: KR1020100092383A
Authority: KR
Inventors: 손명환; 배준한; 박해용
Original assignee: 한국전기연구원
Priority date: 2010-09-20
Filing date: 2010-09-20
Publication date: 2013-03-13
Also published as: KR20120030272A

Abstract

본 발명은 초전도 도체의 특성을 평가하기 위한 초전도 마그네트 장치에 관한 것으로서, 1단냉각부와 초전도 마그네트가 포함되는 2단냉각부로 이루어져 초전도 도체의 자장의존 특성을 측정하는 초전도 도체 특성 평가용 초전도 마그네트 장치에 있어서, 상기 초전도 마그네트는 레이스트랙형으로 형성되고, 중심부에서 수직으로 분리형성된 두개의 서브(sub) 초전도 마그네트 형태를 이루며, 상기 서브 초전도 마그네트 사이에 초전도 도체 시편을 위치시켜 초전도 도체의 균일한 자장의존 특성 측정이 가능한 것을 특징으로 하는 초전도 도체 특성 평가용 초전도 마그네트 장치를 기술적 요지로 한다. 이에 의해 초전도 도체 특성 평가용 초전도 마그네트 장치에 레이스트랙형 초전도 마그네트를 사용함으로써, 균일한 자장하에서 온도 및 자장에 따른 초전도 도체의 초전도 특성을 더욱 정밀하고, 정확하고 안정적으로 측정할 수 있으며, 비교적 길이가 긴 초전도 도체의 자장 의존 특성을 측정할 수 있어 전체 제작된 초전도 도체의 자장의존 특성평가에 대한 신뢰도를 향상시키는 이점이 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a superconducting magnet device for evaluating the characteristics of a superconducting conductor, comprising a two-stage cooling section including a first stage cooling unit and a superconducting magnet. The superconducting magnet has a racetrack shape, forms two sub-superconducting magnets vertically separated from the center, and places a superconductor specimen between the sub-superconducting magnets to provide a uniform magnetic field of the superconducting conductors. A superconducting magnet device for evaluating superconducting conductor characteristics, characterized in that dependent characteristic measurement is possible, is a technical subject. As a result, by using a racetrack type superconducting magnet in the superconducting magnet device for evaluating the superconducting conductor characteristics, the superconducting characteristics of the superconducting conductor according to the temperature and the magnetic field under a uniform magnetic field can be measured more accurately, accurately and stably, and the length is relatively long. It is possible to measure the magnetic field dependent property of the superconducting conductor having a long length, which has the advantage of improving the reliability of the magnetic field dependent property evaluation of the manufactured superconducting conductor.

Description

Superconducting magnet for measurememt apparatus for superconductivity

본 발명은 초전도 도체의 특성을 평가하기 위한 초전도 마그네트 장치에 관한 것으로서, 특히 레이스트랙형 초전도 마그네트를 사용함으로써, 제작된 초전도 도체의 자장의존 특성평가에 대한 신뢰도를 향상시키기 위한 초전도 도체 특성 평가용 초전도 마그네트 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a superconducting magnet device for evaluating the characteristics of a superconducting conductor, and in particular, by using a racetrack type superconducting magnet, a superconductor for evaluating superconductor properties for improving the reliability of the magnetic field dependent characteristics of the manufactured superconducting conductors. It relates to a magnet device.

일반적으로 고온 초전도 도체를 이용한 초전도 시스템에 있어서 현재까지 가장 응용 가능성이 높은 재료로서 1세대 선재인 Bi-2223, 그리고 최근 주목받고 있는 2세대 박막형 도체 등을 사용하여 초전도 코일의 형태로 제작되어 응용되고 있으며, 적용온도 및 자장의 영향에 따라 그 성능도 달라지게 된다.In general, in the superconducting system using high temperature superconductor, Bi-2223, the first generation wire rod, and the second generation thin film type conductor, which are recently attracting attention, are manufactured and applied in the form of superconducting coil. The performance will also vary depending on the application temperature and the magnetic field.

따라서, 실제로 초전도 코일로 응용하기 전에 초전도 도체의 온도 및 자장에 따른 임계전류(Ic)를 평가하여, 제작하는 초전도 코일의 목표 성능에 적합한지를 판단하는 것은 초전도 코일 제작에 필수적인 절차이다.Therefore, before actually applying the superconducting coil, evaluating the critical current (Ic) according to the temperature and magnetic field of the superconducting conductor and determining whether it is suitable for the target performance of the superconducting coil to be manufactured is an essential procedure for manufacturing the superconducting coil.

그 특성 가운데서 초전도 도체의 자장에 따른 임계전류(Ic) 특성을 평가하기 위해서는 배경 자장을 발생시킬 마그네트가 있어야 되고, 시편이 놓여질 공간이 있어야 된다. 마그네트를 제작하는 도체를 고온초전도 도체를 이용할 경우 상전도 도체보다 부피 대비 자장 발생 성능이 월등히 뛰어나고, 또한 극저온 초전도 마그네트는 통상 냉매로 고가의 액체 헬륨을 이용하여 냉각하므로, 극저온 냉동기를 이용한 전도냉각형태의 경우 운용비용 측면에서 더욱 경제적인 장점을 가진다.Among them, in order to evaluate the characteristic of the critical current (Ic) according to the magnetic field of the superconducting conductor, there must be a magnet to generate the background magnetic field, and there must be a space in which the specimen is placed. When using a high temperature superconducting conductor, the magnetic fabricating magnet has superior magnetic field generation performance to the volume of the phase conducting conductor, and the cryogenic superconducting magnet is usually cooled by using expensive liquid helium as a refrigerant, and thus conduction cooling type using a cryogenic freezer. In this case, it has more economic advantages in terms of operating costs.

그리고 초전도 도체의 정확한 자장의존성 측정을 위해서는 균일한 배경 자장이 시편 전체에 적용되어야 하고, 또한, 현재의 초전도 도체 제작 기술수준에서 2세대 박막형 초전도 도체인 경우, 1세대 초전도 도체보다 길이에 따른 부분별 결함이 있을 가능성이 크다. 따라서, 10 mm 길이 이하의 시편에 대한 자장의존 특성평가 만으로 전체 길이의 자장 의존성을 판단하는 것은 오류가 있을 가능성이 크다.In order to accurately measure the magnetic field dependence of the superconducting conductor, a uniform background magnetic field should be applied to the entire specimen.In addition, in the case of the second generation thin film type superconducting conductor at the current level of superconductor manufacturing technology, the part according to the length according to the length than the first generation superconducting conductor Most likely there is a defect. Therefore, it is very likely that there will be an error in determining the magnetic field dependence of the entire length only by the magnetic field dependence characteristic evaluation on the specimen of 10 mm length or less.

따라서 특성평가용 시편의 길이를 길게 하는 것은 전체 제작된 초전도 도체의 자장의존 특성평가에 대한 신뢰도를 향상시키는 장점을 가진다.Therefore, lengthening the length of the specimen for the characteristic evaluation has the advantage of improving the reliability of the magnetic field-dependent characteristic evaluation of the manufactured superconducting conductor.

종래의 배경자장 발생용 마그네트는 솔레노이드 형태를 가지며 보아 사이즈가 작아 10 mm 이하의 짧은 길이를 가지는 시편에만 적용될 수 밖에 없었기 때문에, 균일한 배경자장이 시편 전체에 적용되지 않아 초전도 도체의 자장의존 특성평가가 정확하게 이루어지지 않는 문제점이 있다.Since the magnet for generating the background magnetic field has a solenoid shape and has a small bore size, it can only be applied to a specimen having a short length of 10 mm or less, so that the uniform background magnetic field is not applied to the entire specimen. There is a problem that is not made correctly.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 초전도 도체 특성 평가용 초전도 마그네트 장치에 레이스트랙형 초전도 마그네트를 사용함으로써, 제작된 초전도 도체의 자장의존 특성평가에 대한 신뢰도를 향상시키기 위한 초전도 도체 특성 평가용 초전도 마그네트 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention is to solve the above problems, by using a racetrack-type superconducting magnet in the superconducting magnet device for evaluating the superconductor characteristics, for superconductor characteristics evaluation for improving the reliability of the magnetic field-dependent characteristics evaluation of the manufactured superconductor It is an object to provide a superconducting magnet device.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 1단냉각부와 초전도 마그네트가 포함되는 2단냉각부로 이루어져 초전도 도체의 자장의존 특성을 측정하는 초전도 도체 특성 평가용 초전도 마그네트 장치에 있어서, 상기 초전도 마그네트는 레이스트랙형으로 형성되고, 중심부에서 수직으로 분리형성된 두개의 서브(sub) 초전도 마그네트 형태를 이루며, 상기 서브 초전도 마그네트 사이에 초전도 도체를 위치시켜 초전도 도체의 균일한 자장의존 특성 측정이 가능한 것을 특징으로 하는 초전도 도체 특성 평가용 초전도 마그네트 장치를 기술적 요지로 한다.In order to achieve the above object, the present invention is a superconducting magnet device for evaluating the magnetic field-dependent characteristics of the superconducting conductor consisting of a two-stage cooling unit including a first stage cooling unit and a superconducting magnet, the superconducting magnet is a race Formed in the shape of a track, two sub (super) superconducting magnets formed vertically separated from the center, and superconducting conductors are positioned between the sub superconducting magnets to measure the uniform magnetic field-dependent characteristics of the superconducting conductors A superconducting magnet device for evaluating superconducting conductor characteristics is a technical subject matter.

또한, 상기 초전도 마그네트는, 두개의 서브 초전도 마그네트 형태를 이루며 상호 초전도 도체로 접합되고, 각 서브 초전도 마그네트는 다수개의 더블팬케이크 코일이 적층되어 형성된 것이 바람직하다.In addition, the superconducting magnets are formed in the form of two sub-superconducting magnets and are bonded to each other by a superconducting conductor, and each sub-superconducting magnet is preferably formed by stacking a plurality of double pancake coils.

또한, 상기 서브 초전도 마그네트를 이루는 더블팬케이크 코일의 보빈 사이에는 수직 냉각블록이 접속결합되며, 상기 수직 냉각블록들은 초전도 마그네트 하측부에 형성된 수평 냉각블록에 상호 접속결합되는 것이 바람직하다.In addition, a vertical cooling block is connected between the bobbins of the double pancake coil constituting the sub-superconducting magnet, the vertical cooling block is preferably interconnected to the horizontal cooling block formed on the lower side of the superconducting magnet.

또한, 상기 냉각블록과 접속결합되어 초전도 마그네트 하측으로 전류리드 인출구가 형성되는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the current lead outlet is formed under the superconducting magnet by being connected to the cooling block.

또한, 상기 서브 초전도 마그네트 사이에는 이를 일정 간격 이격시키고 지지하는 지지봉이 형성되는 것이 바람직하다.In addition, between the sub-superconducting magnet, it is preferable that a support rod is formed to support and space it at a predetermined interval.

또한, 상기 초전도 도체 특성 평가용 초전도 마그네트 장치는, 상기 2단냉각부와 상기 1단냉각부의 상측부를 포함하며, 상기 초전도 마그네트와 초전도 전류리드를 포함하는 내부챔버와; 상기 1단냉각부 하측부를 포함하며, 상기 내부챔버를 에워싸는 외부챔버;를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.The superconducting magnet device for evaluating superconductor characteristics may include an inner chamber including the two-stage cooling unit and an upper portion of the first-stage cooling unit, and including the superconducting magnet and a superconducting current lead; It comprises a lower stage of the one-stage cooling unit, the outer chamber surrounding the inner chamber; preferably comprises a.

또한, 상기 1단냉각부에는 외부에서 전력공급을 위한 파워피드스루와 연결되는 무산소동 1단금구가 결합되며, 상기 무산소동 1단금구는 상기 내부챔버의 하부플랜지와 결합되는 것이 바람직하다.In addition, the first stage cooling unit is an oxygen-free copper one-stage bracket is coupled to the power feed-through for power supply from the outside, the oxygen-free copper one-stage bracket is preferably coupled to the lower flange of the inner chamber.

또한, 상기 무산소동 1단금구와 내부챔버의 하부플랜지와의 전기적 절연은 그 사이에 아노다이징 알루미늄판 또는 켑톤 테이프를 삽입하여 이루어지고, 상기 무산소동 1단금구와 1단냉각부와의 전기적 절연은 유리섬유강화플라스틱 소켓을 사용하는 것이 바람직하다.In addition, the electrical insulation between the oxygen-free copper one-stage bracket and the lower flange of the inner chamber is made by inserting an anodized aluminum plate or 켑 TON tape therebetween, and the electrical insulation between the oxygen-free copper one-stage bracket and the one-stage cooling unit is Preference is given to using glass fiber reinforced plastic sockets.

여기에서, 상기 무산소동 1단금구에는 초전도 마그네트 간 전류통전을 위해 1쌍의 초전도 전류리드가 연결되는 것이 바람직하다.Here, it is preferable that a pair of superconducting current leads are connected to the oxygen-free copper one-stage bracket for current conduction between superconducting magnets.

또한, 상기 초전도 마그네트는 상기 1단냉각부와 내부챔버의 하부플랜지에 고정된 4개의 유리섬유강화플라스틱봉에 의해 상하로 지지되는 것이 바람직하다.In addition, the superconducting magnet is preferably supported up and down by four glass fiber reinforced plastic rods fixed to the lower stage of the first stage cooling unit and the inner chamber.

또한, 상기 초전도 마그네트는 1차적으로 그 상부에 연결된 유리섬유강화플라스틱원판이 내부챔버와 점접촉되어 좌우 방향으로 중심이 일치되도록 하고, 2차적으로 내부챔버 둘레에 유리섬유강화플라스틱링으로 외부챔버와 점접촉되어 좌우 방향으로 중심이 일치되도록 하는 것이 바람직하다.In addition, the superconducting magnet is primarily a glass fiber reinforced plastic disc connected to the upper portion of the inner chamber to be in point contact with the inner chamber in the left and right directions, and secondly with the outer chamber with a glass fiber reinforced plastic ring around the inner chamber It is preferable to make point contact so that the center may coincide in the left-right direction.

또한, 상기 외부챔버는 2단으로 상부 외부챔버 및 하부 외부챔버로 구성되는 것이 바람직하며, 상기 상부 외부챔버 상단면에는 초전도 도체를 서브 초전도 마그네트 사이의 중간 부분에 위치할 수 있도록 시편삽입함이 형성되는 것이 바람직하다.In addition, the outer chamber is preferably composed of two stages of the upper outer chamber and the lower outer chamber, the upper outer chamber upper surface is formed with a specimen insert so that the superconducting conductor can be located in the middle portion between the sub-superconducting magnet It is desirable to be.

또한, 상기 2단냉각부에는 냉기전달을 하는 편조선을 통해 초전도 마그네트가 연결되는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the superconducting magnet is connected to the two-stage cooling unit through a braided wire for cold air transfer.

상기 과제 해결 수단에 의해 본 발명은, 초전도 도체 특성 평가용 초전도 마그네트 장치에 레이스트랙형 초전도 마그네트를 사용함으로써, 균일한 자장하에서 온도 및 자장에 따른 초전도 도체의 초전도 특성을 더욱 정밀하고, 정확하고 안정적으로 측정할 수 있으며, 비교적 길이가(100 mm) 긴 초전도 도체의 자장 의존 특성을 측정할 수 있어 전체 제작된 초전도 도체의 자장의존 특성평가에 대한 신뢰도를 향상시키는 효과가 있다.According to the above problem solving means, the present invention provides a more precise, accurate and stable superconducting property of superconducting conductors according to temperature and magnetic field under uniform magnetic field by using a racetrack type superconducting magnet for the superconducting magnet device for superconducting conductor characteristic evaluation. The magnetic field dependence characteristic of the superconducting conductor having a relatively long length (100 mm) can be measured, thereby improving the reliability of the magnetic field dependent characteristic evaluation of the manufactured superconducting conductor.

도 1 - 본 발명에 따른 초전도 도체 특성 평가용 초전도 마그네트 장치의 주요부에 대한 정면 투시도.
도 2 - 본 발명에 따른 초전도 도체 특성 평가용 초전도 마그네트 장치에서 외부챔버를 제외한 측면 투시도.
도 3 - 본 발명에 따른 초전도 도체 특성 평가용 초전도 마그네트 장치의 초전도 마그네트에 대한 사시도.
도 4 - 본 발명에 따른 초전도 도체 특성 평가용 초전도 마그네트 장치에서 1단냉각부에서의 단면도.
도 5 - 본 발명에 따른 초전도 도체 특성 평가용 초전도 마그네트 장치의 상부 외부챔버 일부를 나타낸 사시도.1-A front perspective view of an essential part of a superconducting magnet device for evaluating superconducting conductor characteristics according to the present invention.
Figure 2-Side perspective view excluding the outer chamber in the superconducting magnet device for superconducting conductor characteristics evaluation according to the present invention.
3-a perspective view of a superconducting magnet of a superconducting magnet device for evaluating superconducting conductor characteristics according to the present invention.
4 is a cross-sectional view of the one-stage cooling unit in the superconducting magnet device for evaluating the superconductor properties according to the present invention.
5 is a perspective view showing a part of the upper outer chamber of the superconducting magnet device for evaluating superconducting conductor characteristics according to the present invention.

본 발명은 극저온 초전도 도체의 온도와 자기장 의존 특성을 동시에 평가할 수 있도록 시편에 배경자장을 발생시키는 초전도 도체 특성 평가용 초전도 마그네트 장치에 관한 것으로서, 1% 이하의 자장 균일도 내에서 100 mm 길이까지 초전도 도체의 특성을 평가할 수 있는 측정 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a superconducting magnet device for evaluating superconductor characteristics that generates a background magnetic field on a specimen so that the temperature and magnetic field dependence characteristics of the cryogenic superconductor can be simultaneously evaluated. The superconducting conductor up to 100 mm in length within a field uniformity of 1% or less It relates to a measuring device that can evaluate the characteristics of.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 살펴보고자 한다. 도 1은 본 발명에 따른 초전도 도체 특성 평가용 초전도 마그네트 장치의 주요부에 대한 정면 투시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 초전도 도체 특성 평가용 초전도 마그네트 장치에 측면 투시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 초전도 도체 특성 평가용 초전도 마그네트 장치의 초전도 마그네트에 대한 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 초전도 도체 특성 평가용 초전도 마그네트 장치에서 1단냉각부에서의 단면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 초전도 도체 특성 평가용 초전도 마그네트 장치의 상부 외부챔버 일부를 나타낸 사시도이다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail an embodiment of the present invention. 1 is a front perspective view of a main part of a superconducting magnet device for evaluating superconductor properties according to the present invention, FIG. 2 is a side perspective view of a superconducting magnet device for evaluating superconducting properties according to the present invention, and FIG. 4 is a perspective view of a superconducting magnet of a superconducting magnet device for evaluating superconductor characteristics, FIG. 4 is a cross-sectional view of the superconducting magnet device for evaluating superconducting properties according to the present invention in a first stage cooling unit, and FIG. 5 is a superconducting conductor according to the present invention. A perspective view showing a part of the upper outer chamber of the superconducting magnet device for characteristic evaluation.

도시된 바와 같이 본 발명에 따른 초전도 특성 측정장치는, 1단냉각부(10)와 초전도 마그네트(100)와 연결되는 2단냉각부(20)로 이루어져 초전도 마그네트(100) 중심에 초전도 도체 시편을 위치시켜 초전도 도체의 자장의존 특성을 측정하기 위한 것으로, 특히 상기 초전도 마그네트(100)가 솔레노이드 형태가 아닌 직선부를 가진 레이스트랙형태이고, 중심부에서 수직으로 분리형성되어 두개의 서브(sub) 초전도 마그네트(110) 형태를 이루며, 상기 서브 초전도 마그네트(110) 사이에 초전도 도체 시편을 위치시켜 긴 길이의 초전도 도체 시편을 사용하여 균일한 자장의존 특성을 측정할 수 있도록 하는 것이다.As shown, the superconducting characteristic measuring apparatus according to the present invention comprises a superconducting specimen in the center of the superconducting magnet (100) consisting of a first stage cooling unit (10) and a second stage cooling unit (20) connected to the superconducting magnet (100). In order to measure the magnetic field-dependent characteristics of the superconducting conductors, the superconducting magnet 100 is a racetrack type having a straight part instead of a solenoid shape, and is separated from the center vertically so that two sub superconducting magnets ( 110) to form a superconducting conductor specimen between the sub-superconducting magnet (110) to measure the uniform magnetic field-dependent characteristics using a superconducting specimen of long length.

본 발명의 실시예에서는 일반적으로 사용되는 기포드-맥마흔(Gifford-McMahon) 냉동기(이하 GM 냉동기라 함)(f)를 이용하였으며, 이는 헬륨가스를 압축, 단열팽창시키는 방식을 취한 것으로 최저 냉각온도는 4 K까지 가능하다. GM 냉동기(f)에 대한 내용은 공지의 기술이므로 여기에서 상세한 설명은 생략하기로 하며, GM 냉동기(f)의 냉기를 전달받아 초전도 마그네트(100) 자체를 냉각하여 초전도 도체 시편의 임계전류 등 전기적 특성을 측정할 때 초전도 도체 시편이 위치한 영역에서 3 T까지 안정적이고 균일한 자장을 발생시키기 위한 것이다. 여기서, GM 냉동기(f)를 갖춘 전도냉각방식의 초전도 도체 시편의 특성평가 장치는 공지된 기술로 상세한 설명은 생략하기로 한다.In the embodiment of the present invention, a commonly used Gifford-McMahon freezer (hereinafter referred to as GM freezer) (f) is used, which takes a method of compressing and adiabatic expansion of helium gas to a minimum cooling temperature. Is possible up to 4K. Since the details of the GM refrigerator (f) are well-known techniques, detailed descriptions will be omitted here, and the superconducting magnet (100) is cooled by receiving the cold air of the GM refrigerator (f) to electrically cool the superconducting specimen. This is to generate a stable and uniform magnetic field up to 3 T in the region where the superconducting specimens are located when measuring the properties. Here, the apparatus for evaluating the characteristics of the conductive cooling superconductor specimen having the GM refrigerator (f) is well known in the art and the detailed description thereof will be omitted.

여기에서 1단냉각부(10) 및 2단냉각부(20)는 상기 냉동기(f)의 냉기를 직접 전달받는 부분으로 통상 봉(콜드헤드) 형상의 금속으로 형성되어 냉기를 전달받아 금속의 열전도에 의해 냉기를 상측으로 전달시키는 것으로, 상기 1단냉각부(10)의 상측부는 내부가 진공이면서 외부와의 복사열 차단이 되는 내부챔버(200) 내부에, 하측부는 내부가 진공인 상태의 외부챔버(300) 내부에 위치하게 되어 초전도 전류리드(210)에 냉기를 직접적으로 전달되도록 하는 것이며, 상기 2단냉각부(20)는 내부가 진공이면서 외부와의 복사열까지 차단된 상태의 내부챔버(200) 내부에 위치하게 되어 초전도 마그네트(100) 및 초전도 전류리드(210)를 일정한 온도 상태로 유지토록 하여, 초전도 마그네트(100)를 저온 상태로 유지함과 동시에 이에 전류를 수송하는 초전도 전류리드(210) 또한 냉기를 유지하도록 하여 대전류의 인가가 가능토록 한 것이다.Here, the first stage cooling unit 10 and the second stage cooling unit 20 are portions directly receiving cold air of the refrigerator f, and are generally formed of a metal having a rod (cold head) shape to receive cold air to receive heat conduction of the metal. By passing the cool air to the upper side by the upper side, the upper portion of the first stage cooling unit 10 is inside the inner chamber 200 which is a vacuum inside and the radiant heat is cut off from the outside, the lower portion of the outer chamber inside the vacuum state It is positioned inside the 300 to directly transfer the cool air to the superconducting current lead 210, the two-stage cooling unit 20 is a vacuum chamber while the inside is blocked up to the radiant heat from the outside chamber 200 The superconducting magnet (100) and the superconducting current lead 210 to maintain a constant temperature state, the superconducting magnet (100) to maintain the superconducting magnet 100 in a low temperature state and at the same time to transport current therein In addition While maintaining a cooling air which will ever be the application of a large current.

또한, 상기 1단냉각부(10) 또는 2단냉각부(20)의 원주면에는 외부전원과 연결된 히터(미도시)를 설치하여, 소정 온도에서의 초전도 도체 시편의 특성을 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 온도에 따른 운전특성을 측정할 수 있도록 한 것이다.In addition, a heater (not shown) connected to an external power source may be installed on the circumferential surface of the first stage cooling unit 10 or the second stage cooling unit 20 to measure the characteristics of the superconducting specimen at a predetermined temperature. Rather, it is to measure the operating characteristics according to the temperature.

이와 같이 본 발명에 따른 초전도 마그네트 장치는 상기 2단냉각부(20)와 초전도 마그네트(100), 초전도 전류리드(210) 및 1단냉각부(10)의 상측부를 포함하는 내부챔버(200)와, 상기 1단냉각부(10)를 포함하여 상기 내부챔버(200)를 에워싸는 외부챔버(300)를 포함하여 구성되며, 외부챔버(300) 하측부에는 냉동기(f)가 연결되어 형성된다.As described above, the superconducting magnet device according to the present invention includes an internal chamber 200 including upper portions of the two-stage cooling unit 20, the superconducting magnet 100, the superconducting current lead 210, and the first-stage cooling unit 10. Including the first stage cooling unit 10, it comprises an outer chamber 300 surrounding the inner chamber 200, the lower side of the outer chamber 300 is formed by a refrigerator (f) is connected.

먼저, 본 발명에서 가장 핵심인 초전도 마그네트(100)에 대해 설명하고자 한다.First, the superconducting magnet 100 which is the core of the present invention will be described.

초전도 마그네트(100)는 앞서 설명한 바와 같이 직선부(110 mm)를 가지는 레이스트랙형이며, 중심부에서 수직으로 분리 형성되어 두개의 서브 초전도 마그네트(110) 형태를 이룬다. 상기 두개의 서브 초전도 마그네트(110)는 상호 1세대 또는 2세대 초전도 도체로 접합되고, 각 서브 초전도 마그네트(110)는 다수개의 더블팬케이크 코일이 적층되어 형성된다.As described above, the superconducting magnet 100 is a racetrack type having a straight portion (110 mm) and is vertically separated from the center to form two sub superconducting magnets 110. The two sub superconducting magnets 110 are joined to each other by first or second generation superconducting conductors, and each sub superconducting magnet 110 is formed by stacking a plurality of double pancake coils.

상기 서브 초전도 마그네트(110)를 이루는 더블팬케이크 코일의 보빈(120) 사이에는 수직 냉각블록(130)이 접속결합되며, 상기 수직 냉각블록(130)들은 초전도 마그네트(100) 하측부에 형성된 수평 냉각블록(140)에 상호 접속결합되어 외부에서 전달된 냉기를 초전도 마그네트(100)에 전달하게 된다. 여기에서 외부의 냉기는 냉기전달을 위한 편조선(미도시)을 통해 수평 냉각블록(140) 및 수직 냉각블록(130)을 거쳐 초전도 마그네트(100)에 전달되게 된다.The vertical cooling block 130 is connected between the bobbin 120 of the double pancake coil constituting the sub superconducting magnet 110, the vertical cooling block 130 is a horizontal cooling block formed on the lower portion of the superconducting magnet (100) Interconnected to the 140 to transmit the cold air transmitted from the outside to the superconducting magnet (100). Here, the external cold air is transmitted to the superconducting magnet 100 through the horizontal cooling block 140 and the vertical cooling block 130 through a braiding line (not shown) for cold air transmission.

상기 수직 냉각블록(130)은 더블팬케이크 코일의 보빈(120) 측면에 결합되므로 이의 형태에 대응되어 일측은 더블팬케이크 코일의 형태에 대응되어 곡면을 이루며 다른쪽은 직각을 이루도록 형성되어 더블팬케이크 코일 상하측에 각각 결합되며, 전기적 절연 및 열전달을 위한 가볍고 일정 이상의 강도를 가진 알루미늄 계열의 Al6061 재료를 사용하여 제작된다. 그리고 상기 수평 냉각블록(140)은 하측에 형성된 수직 냉각블록(130)들에 모두 접속되도록 수평으로 형성되며 서브 초전도 마그네트(110) 사이의 간격 및 적층된 더블팬케이 코일의 개수를 고려하여 수평 냉각블록(140)에 모두 접속될 수 있을 정도의 크기로 형성되며, 열전달이 우수한 OFHC 재료를 사용하여 제작된다.The vertical cooling block 130 is coupled to the bobbin 120 side of the double pancake coil so that one side is formed to correspond to the shape of the double pancake coil to form a curved surface and the other is formed at a right angle to the upper and lower double pancake coil Coupled to each side, they are fabricated from lightweight, aluminum-based Al6061 materials with light and constant strength for electrical insulation and heat transfer. The horizontal cooling block 140 is horizontally formed so as to be connected to all of the vertical cooling blocks 130 formed at the lower side, and is horizontally cooled in consideration of the distance between the sub superconducting magnets 110 and the number of stacked double pan-kay coils. It is formed to a size such that all of the blocks 140 can be connected, and is manufactured using OFHC material having excellent heat transfer.

또한, 상기 수직 냉각블록(130) 및 수평 냉각블록(140)과 접속결합되어 초전도 마그네트(100) 하측으로 전류리드 인출구(150)가 형성되어 초전도 전류리드(210)와 접속되어 전류를 전달하게 된다. 또한, 상기 수평 냉각블록(140) 하측에는 서멀앵커(thermal anchor)가 결합되어 2단냉각부(20)와 초전도 전류리드(210)의 저온부와 초전도 마그네트(100)를 연결하게 된다.In addition, a current lead outlet 150 is formed below the superconducting magnet 100 by being coupled to the vertical cooling block 130 and the horizontal cooling block 140 to be connected to the superconducting current lead 210 to transfer current. . In addition, a thermal anchor is coupled to the lower side of the horizontal cooling block 140 to connect the second stage cooling unit 20 and the low temperature unit of the superconducting current lead 210 with the superconducting magnet 100.

각 서브 초전도 마그네트(110)를 이루는 더블팬케이크 코일은 고정볼트에 의해 고정연결되고, 상기 서브 초전도 마그네트(110) 사이에는 지지봉(160)이 결합되어 상기 서브 초전도 마그네트(110)를 일정 간격 이격시키고 지지하도록 하며, 상기 지지봉(160)은 제일 안쪽 수직 냉각블록(130)에 단부가 각각 결합되어 형성된다.Double pancake coils constituting each of the sub-superconducting magnets 110 are fixedly connected by fixing bolts, and the support rods 160 are coupled between the sub-superconducting magnets 110 to space and support the sub-superconducting magnets 110 at regular intervals. And, the support rod 160 is formed by coupling the ends of the innermost vertical cooling block 130, respectively.

또한 상기 초전도 마그네트(100)는 상기 1단냉각부(10)와 후술할 내부챔버(200)의 하부플랜지(220)에 고정된 4개의 유리섬유강화플라스틱봉(600)에 의해 상하 방향으로 지지되며, 상기 초전도 마그네트(100) 상부에 연결된 유리섬유강화플라스틱원판(700)이 내부챔버(200)와 점접촉되어 1차적으로 좌우 방향으로 중심이 일치되도록 하며, 상기 내부챔버(200) 둘레에 유리섬유강화플라스틱링(800)으로 외부챔버(300)와 점접촉되어 2차적으로 좌우 방향으로 중심이 일치되도록 한다.In addition, the superconducting magnet 100 is supported in the vertical direction by four glass fiber reinforced plastic rods 600 fixed to the first stage cooling unit 10 and the lower flange 220 of the inner chamber 200 to be described later. The glass fiber reinforced plastic disc 700 connected to the upper portion of the superconducting magnet 100 is in point contact with the inner chamber 200 so that the center of the glass fiber is primarily aligned in the left and right directions, and the glass fiber is surrounded by the inner chamber 200. Reinforced plastic ring 800 is in point contact with the outer chamber 300 so as to coincide with the center in the left and right direction.

다음으로, 상기 내부챔버(200) 및 외부챔버(300)에 대해 설명하고자 한다.Next, the inner chamber 200 and the outer chamber 300 will be described.

상기 내부챔버(200)는 원통형상으로 형성되며, 상기 2단냉각부(20)와 상기 1단냉각부(10)의 상측부를 포함하며, 상기 초전도 마그네트(100) 그리고 초전도 전류리드(210)를 수용하여, 외부로부터 미치는 복사열을 차단시키게 된다. 상기 내부챔버(200)는 외부챔버(300) 내부에 수용되므로, 상기 2단냉각부(20)는 외부챔버(300) 및 내부챔버(200) 내부에 2중으로 수용되게 된다. 그리고 상기 외부챔버(300)는 진공배기포트(미도시)와 연결되어 내부가 진공을 이루게 되며, 상기 외부챔버(300)와 내부챔버(200)는 동일한 공간 상에 존재하게 되므로, 상기 내부챔버(200) 또한 진공 상태를 유지하게 된다.The inner chamber 200 is formed in a cylindrical shape and includes an upper portion of the two-stage cooling unit 20 and the first-stage cooling unit 10, and the superconducting magnet 100 and the superconducting current lead 210. It receives and blocks the radiant heat from the outside. Since the inner chamber 200 is accommodated in the outer chamber 300, the two-stage cooling unit 20 is accommodated in the outer chamber 300 and the inner chamber 200 in duplicate. And the outer chamber 300 is connected to a vacuum exhaust port (not shown) to achieve a vacuum inside, the outer chamber 300 and the inner chamber 200 is present in the same space, the inner chamber ( 200) also maintains a vacuum.

그리고, 상기 내부챔버(200)는 하부가 개구된 원통형상을 이루면서 하측으로 하부플랜지(220)가 결합되어 개폐할 수 있도록 형성되며, 또한, 상기 내부챔버(200) 외주면(외측면 및 상면을 포함) 둘레에는 외부로부터의 복사열을 차단하기 위한 슈퍼인슐레이션이 감겨져 있어, 내부챔버(200) 내부는 복사에 의한 열 전달의 영향을 방지하도록 하였다.In addition, the inner chamber 200 is formed so that the lower flange 220 is coupled to the lower side while forming a cylindrical shape with a lower opening, and also includes an outer circumferential surface (outer surface and upper surface) of the inner chamber 200. The super insulation is wound around the outside to shield radiant heat from the outside, so that the inside of the inner chamber 200 prevents the influence of heat transfer by radiation.

상기 내부챔버(200)의 하부플랜지(220)에는 무산소동 1단금구(500)가 결합되게 되는데, 상기 무산소동 1단금구(500)는 외부에서 전력공급을 위한 파워피드스루(400) 및 1단냉각부(10)와 연결된다. 상기 무산소동 1단금구(500)와 내부챔버(200)의 하부플랜지(220)와의 전기적 절연은 그 사이에 아노다이징 알루미늄판(510) 또는 켑톤 테이프를 삽입하여 이루어지고, 상기 무산소동 1단금구(500)와 1단냉각부(10)와의 전기적 절연은 유리섬유강화플라스틱 소켓(520)에 의해 이루어지게 된다. 상기 무산소동 1단금구(500) 및 유리섬유강화플라스틱 소켓(520) 그리고 아노다이징 알루미늄판(510)은 반원형으로 형성되어 1단냉각부(10) 양측으로 결합되며, 내부챔버(200)의 하부플랜지(220)는 중심부에 통공이 형성되어 1단냉각부(10)가 수용되어 결합되게 된다.An oxygen-free copper one-stage bracket 500 is coupled to the lower flange 220 of the inner chamber 200. The oxygen-free copper one-stage bracket 500 is a power feed-through 400 and 1 for power supply from the outside. It is connected to the short cooling unit (10). The electrical insulation between the oxygen-free copper one-stage bracket 500 and the lower flange 220 of the inner chamber 200 is made by inserting an anodizing aluminum plate 510 or 켑 ton tape therebetween, and the oxygen-free copper one-stage bracket ( Electrical insulation between the 500 and the first stage cooling unit 10 is made by a glass fiber reinforced plastic socket 520. The oxygen-free copper one-stage bracket 500, the glass fiber reinforced plastic socket 520 and the anodizing aluminum plate 510 is formed in a semi-circular shape is coupled to both sides of the first stage cooling unit 10, the lower flange of the inner chamber 200 The through hole is formed in the center portion 220 so that the first stage cooling unit 10 is accommodated and coupled.

그리고, 상기 무산소동 1단금구(500)에는 초전도 마그네트(100) 간 전류통전을 위해 1쌍의 초전도 전류리드(210)가 연결되어 형성된다. 즉, 상기 파워피드스루(400)로부터 공급된 외부 전력은 무산소동 1단금구(500)를 거쳐 초전도 전류리드(210)를 거쳐 초전도 마그네트(100)에 전달되게 된다.A pair of superconducting current leads 210 are connected to the oxygen-free copper one-stage bracket 500 for current conduction between the superconducting magnets 100. That is, the external power supplied from the power feed-through 400 is transmitted to the superconducting magnet 100 via the oxygen-free copper one-stage bracket 500 through the superconducting current lead 210.

그리고, 상기 외부챔버(300)는 2단으로 상부 외부챔버(310)와 하부 외부챔버(320)로 구성되어 상기 내부챔버(200) 하부플랜지(220) 약간 위에서 2단으로 분리할 수 있는 구조를 이룬다. 상기 상부 외부챔버(310) 상단면에는 초전도 도체 시편이 서브 초전도 마그네트(110) 사이의 중간 부분에 위치될 수 있도록 시편삽입함(340)이 형성된다. 상기 시편삽입함(340)은 상기 서브 초전도 마그네트(110) 사이의 공간부의 길이에 대응되어 사각함 형상으로 형성되고, 외부에서 시편을 삽입할 수 있도록 입구는 오픈되어 있으며, 외부챔버(300) 및 내부챔버(200) 내부와는 밀폐되어 있는 구조로, 시편을 상온 보아 중간에 위치할 수 있도록 하는 것이다. 상기 상부 외부챔버(310)에 시편삽입함(340)이 형성된 경우에는 이에 대응되어 내부챔버(200) 및 유리섬유강화플라스틱원판(700)에도 시편삽입함(340)이 서브 초전도 마그네트(110) 사이에 위치할 수 있도록 삽입구가 형성되게 된다. 또한, 상기 하부 외부챔버(320)의 하부플랜지(330)는 GM 냉동기(f)가 연결될 수 있도록 중심부에 결합공이 형성되고, 하부 외부챔버(320)의 측면에는 각종 신호선의 인입구 및 전류공급을 위한 인입구, 진공 배기를 위한 결합공 등이 형성되게 된다.In addition, the outer chamber 300 is composed of an upper outer chamber 310 and a lower outer chamber 320 in two stages so that the structure that can be separated in two stages slightly above the lower flange 220 of the inner chamber 200. Achieve. On the upper surface of the upper outer chamber 310, a specimen inserting box 340 is formed so that the superconducting conductor specimen may be located in the middle portion between the sub superconducting magnets 110. The specimen insertion box 340 is formed in a rectangular shape corresponding to the length of the space between the sub-superconducting magnet 110, the inlet is open to insert the specimen from the outside, the outer chamber 300 and The inner chamber 200 is a structure that is sealed with the inside, so that the specimen can be located in the middle of the bore at room temperature. When the specimen insertion box 340 is formed in the upper outer chamber 310, the specimen insertion box 340 also corresponds to the inner chamber 200 and the glass fiber-reinforced plastic disc 700 corresponding to the sub-superconducting magnet 110. Insertion holes are formed to be located in. In addition, the lower flange 330 of the lower outer chamber 320 has a coupling hole is formed in the center so that the GM refrigerator (f) can be connected, the side of the lower outer chamber 320 for the inlet and current supply of various signal lines An inlet, a coupling hole for vacuum exhaust, and the like are formed.

또한, 상기 상부 외부챔버(310) 상면 외부에는 상기 하부 외부챔버(320)와의 분리를 위한 승하강보조구(a)가 형성되어, 상부 외부챔버(310)의 설치 및 분리가 용이하도록 하여, 초전도 마그네트(100)의 점검 및 보수가 가능토록 하였다. 상기 승하강보조구(a)는 상기 상부 외부챔버(310) 상면 외부에 고리 및 이와 결합된 사슬 등으로 형성되어 크레인에 의한 승하강이 이루어지도록 한 것으로, 상기 상부 외부챔버(310)를 들어올려 하부 외부챔버(320)로부터 분리시킨 후 상기 내부챔버(200)를 분리하면 1단냉각부(10) 및 2단냉각부(20)를 포함한 여러 구성요소들이 외부에 드러나게 되므로, 초전도 마그네트(100)의 점검 및 보수 작업이 가능하게 되는 것이다.In addition, a lifting aid (a) for separation from the lower outer chamber 320 is formed outside the upper outer chamber 310 to facilitate the installation and separation of the upper outer chamber 310, thereby providing a superconducting magnet. Inspection and repair of (100) were made possible. The lifting aid (a) is formed of a ring and a chain coupled to the outer surface of the upper outer chamber 310 to be raised and lowered by a crane, and lifts the upper outer chamber 310 by lowering it. When the inner chamber 200 is separated after the separation from the outer chamber 320, various components including the first stage cooling unit 10 and the second stage cooling unit 20 are exposed to the outside, so that the superconducting magnet 100 Inspection and repair work is possible.

상기와 같이 레이스트랙형 초전도 마그네트(100)를 사용함으로써, 균일한 자장(1% 이하의 자장 균일도)하에서 온도 및 자장에 따른 초전도 도체의 초전도 특성을 더욱 정밀하고, 정확하고 안정적으로 측정할 수 있으며, 비교적 길이가 긴(100 mm) 초전도 도체의 자장 의존 특성을 측정할 수 있어 전체 제작된 초전도 도체의 자장의존 특성평가에 대한 신뢰도를 향상시키게 된다.By using the racetrack type superconducting magnet 100 as described above, the superconducting properties of the superconducting conductor according to the temperature and the magnetic field under a uniform magnetic field (magnetic field uniformity of 1% or less) can be measured more precisely, accurately and stably. In addition, it is possible to measure the magnetic field dependence characteristics of relatively long (100 mm) superconducting conductors, thereby improving the reliability of the magnetic field-dependent characteristics evaluation of the manufactured superconducting conductors.

10 : 1단냉각부 20 : 2단냉각부
100 : 초전도 마그네트 110 : 서브 초전도 마그네트
120 : 보빈 130 : 수직 냉각블록
140 : 수평 냉각블록 150 : 전류리드 인출구
160 : 지지봉 200 : 내부챔버
210 : 초전도 전류리드 220 : 하부플랜지
300 : 외부챔버 310 : 상부 외부챔버
320 : 하부 외부챔버 330 : 하부플랜지
340 : 시편삽입함 400 : 파워피드스루
500 : 무산소동 1단금구 510 : 아노다이징 알루미늄판
520 : 유리섬유강화플라스틱 소켓 600 : 유리섬유강화플라스틱봉
700 : 유리섬유강화플라스틱원판 800 : 유리섬유강화플라스틱링10: 1 stage cooling unit 20: 2 stage cooling unit
100: superconducting magnet 110: sub superconducting magnet
120: bobbin 130: vertical cooling block
140: horizontal cooling block 150: current lead outlet
160: support rod 200: inner chamber
210: superconducting current lead 220: lower flange
300: outer chamber 310: upper outer chamber
320: lower outer chamber 330: lower flange
340: Test piece inserted 400: Power feed-through
500: Oxygen-free copper 1st stage 510: Anodizing aluminum plate
520 glass fiber reinforced plastic socket 600 glass fiber reinforced plastic rod
700: glass fiber reinforced plastic disc 800: glass fiber reinforced plastic ring

Claims

In the superconducting magnet device for evaluating the superconducting characteristics of the superconducting conductor consisting of a two-stage cooling unit 20 coupled to the first stage cooling unit 10 and the superconducting magnet 100,
The superconducting magnet 100 has a racetrack shape, forms two sub-superconducting magnets 110 vertically separated from the center, and places a superconducting conductor specimen between the sub-superconducting magnets 110. ,
The superconducting magnet device for evaluating the superconducting conductor characteristics includes an upper portion of the two-stage cooling unit 20 and the first-stage cooling unit 10, and includes the superconducting magnet 100 and the superconducting current lead 210. An inner chamber 200; Including the lower stage of the first cooling unit 10, the outer chamber 300 surrounding the inner chamber 200;
The superconducting magnet 100 is a glass fiber-reinforced plastic disc 700 connected to the upper portion of the superconducting magnet 100 is in point contact with the inner chamber 200 to coincide with the center in the left and right directions, and the inner circumference of the inner chamber 200 secondly. In contact with the outer chamber 300 by the glass fiber reinforced plastic ring (800) to the center in the left and right direction to match,
A superconducting magnet device for evaluating superconducting conductor characteristics, characterized by measuring a uniform magnetic field dependent characteristic of the superconducting conductor.

The method of claim 1, wherein the superconducting magnet 100,
A superconducting magnet device for evaluating characteristics of a superconducting conductor, characterized in that two sub-superconducting magnets 110 are joined to each other by superconducting conductors, and each sub-superconducting magnet 110 is formed by stacking a plurality of double pancake coils.

According to claim 2, wherein the vertical cooling block 130 is coupled between the bobbin 120 of the double pancake coil constituting the sub-superconducting magnet 110, the vertical cooling block 130 is a superconducting magnet (100) Superconducting magnet device for evaluating the characteristics of the superconducting conductor, characterized in that interconnected to the horizontal cooling block 140 formed on the side.

4. The superconducting magnet device according to claim 3, wherein a current lead outlet (150) is formed under the superconducting magnet (100) by being coupled to the cooling block.

The superconducting magnet device for evaluating superconductor characteristics according to claim 2, wherein a support bar (160) is formed between the sub superconducting magnets (110) at a predetermined interval therebetween.

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According to claim 1, wherein the first stage cooling unit 10 is an oxygen-free copper one-stage bracket 500 is coupled to the power feed-through 400 for power supply from the outside, the oxygen-free copper one-stage bracket 500 ) Is a superconducting magnet device for superconducting conductor characteristics evaluation, characterized in that coupled to the lower flange 220 of the inner chamber (200).

The method of claim 7, wherein the electrical insulation of the oxygen-free copper single-stage bracket 500 and the lower flange 220 of the inner chamber 200 is made by inserting an anodizing aluminum plate 510 or 켑 ton tape therebetween, Superconducting magnet device for evaluating the characteristics of the superconducting conductor, characterized in that the electrical insulation between the oxygen-free copper one-stage bracket (500) and the one-stage cooling unit (10) is made using a glass fiber reinforced plastic socket (520).

The superconducting magnet device for evaluating superconducting conductor characteristics of claim 7, wherein a pair of superconducting current leads 210 are connected to the oxygen-free copper one-stage bracket 500 for current conduction between the superconducting magnets 100. .

According to claim 1, The superconducting magnet 100 is up and down by four glass fiber reinforced plastic rods 600 fixed to the lower flange 220 of the first stage cooling unit 10 and the inner chamber 200 A superconducting magnet device for evaluating superconducting conductor characteristics, characterized in that it is supported by.

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The superconducting magnet device for evaluating characteristics of the superconducting conductor according to claim 1, wherein the outer chamber (300) is formed in two stages, the upper outer chamber (310) and the lower outer chamber (320).

The superconducting conductor according to claim 12, wherein a specimen inserting box (340) is formed on an upper surface of the upper outer chamber (310) so that the superconducting conductor specimen can be located at an intermediate portion between the sub superconducting magnets (110). Superconducting magnet device for characterization.

The superconducting magnet device for evaluating superconducting conductor characteristics of claim 1, wherein the superconducting magnet (100) is connected to the two-stage cooling unit (20) through a braided wire for cold air transfer.