RU171954U1 - Магнитная система с двухсекционным высокотемпературным сверхпроводящим магнитом - Google Patents
Магнитная система с двухсекционным высокотемпературным сверхпроводящим магнитом Download PDFInfo
- Publication number
- RU171954U1 RU171954U1 RU2016152084U RU2016152084U RU171954U1 RU 171954 U1 RU171954 U1 RU 171954U1 RU 2016152084 U RU2016152084 U RU 2016152084U RU 2016152084 U RU2016152084 U RU 2016152084U RU 171954 U1 RU171954 U1 RU 171954U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnet
- section
- magnetic
- magnetic system
- superconducting
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- 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
Landscapes
- Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области электротехники, а более конкретно - к сверхпроводящим магнитным системам, используемым для создания магнитных полей, и может быть использована в промышленном и лабораторном оборудовании, в том числе установках магнитно-резонансной томографии и ядерного магнитного резонанса.Магнитная система с двухсекционным высокотемпературным сверхпроводящим магнитом состоит из: 1 - криостата магнитной системы с радиационным экраном 2, 3 - криорефрижератора, 4 - внешней секции магнита, на катушку соленоида которой намотан провод из материала MgB, 5 - внутренняя секция магнита, на катушку соленоида которой намотан ленточный ВТСП, 6 - пары токовводов, питающие внешнюю секцию магнита, 7 - пары токовводов, питающие внутреннюю секцию магнита.Полезная модель позволяет расширить функциональные возможности магнитной системы за счет возможности создания магнитного поля более 30 Тл, а также есть возможность работы магнитной системы при температуре более 4 К.
Description
Полезная модель относится к области электротехники, а более конкретно - к сверхпроводящим магнитным системам, используемым для создания магнитных полей, и может быть использована в промышленном и лабораторном оборудовании, в том числе установках ядерного магнитного резонанса.
Известна сверхпроводящая магнитная система [1], применяемая в установке ядерного магнитного резонанса, с двухсекционным магнитом, идентичные по конструкции секции которого расположены на одной оси с зазором для установки образца. На катушки соленоидов секций магнита наматывается провод из материала NbTi, создавая в зазоре между секциями магнитное поле величиной 7 Тл. Другая реализация этой магнитной системы использует намотку на катушки секций соленоида провода Nb3Sn. Применение такого сверхпроводящего провода приводит к тому, что магнитное поле, создаваемое в зазоре для установки образца, достигает 14 Тл. Соответственно, описанная конструкция магнитной системы не позволяет получить в зазоре для установки образца магнитное поле величиной более 14 Тл.
Наиболее близким к заявленной полезной модели является сверхпроводящий магнит [2], взятый за прототип. Сверхпроводящий магнит состоит из двух секций, которые представляют из себя наборы коаксиальных соленоидов, вложенных один в другой, выполненные из низкотемпературных сверхпроводящих проводов. Катушки соленоида внешней секции сверхпроводящего магнита намотаны проводом из NbTi. Катушки соленоидов внутренней секции намотаны проводом сверхпроводника Nb3Sn с большей критической температурой, чем NbTi, что необходимо для проводимости тока в сверхпроводящем состоянии в большем магнитном поле. Обе секции магнита подключены между собой последовательно, а далее через одну пару токовводов запитываются от внешнего источника тока. Максимальное магнитное поле, создаваемое данной магнитной системой, составляет 21.1 Тл. Система охлаждения магнитной системы выполнена в виде заливного криостата со сверхтекучим гелием при температуре 1.8 К, в который помещаются две коаксиальные секции магнита.
Однако такая конструкция не позволяет создавать магнитное поле величиной более 21.1 Тл, что позволило бы проводить исследования физических свойств материалов в более высоких магнитных полях. Кроме того, данная система является достаточно дорогостоящей в силу необходимости работы при низких температурах.
Технический результат направлен на расширение функциональных возможностей магнитной системы за счет возможности создания магнитного поля более 30 Тл, а также возможности работы магнитной системы при температуре более 4 К.
Этот результат достигается тем, что магнитная система с двухсекционным высокотемпературным сверхпроводящим магнитом, содержит криостат, в котором размещены две коаксиальных секции магнита - внешняя и внутренняя и система охлаждения. На катушку соленоида внешней секции магнита намотан провод из материала MgB2, а на катушку соленоида внутренней секции магнита намотана лента ВТСП. Кроме того, она снабжена двумя парами токовводов, одна из которых подключена к внешней секции магнита, а другая - к внутренней соответственно.
Поле необратимости проводов из материала MgB2, то есть минимальное поле, при котором критический ток сверхпроводника обращается в ноль, достигает магнитного поля в 29 Тл. Соответственно эффективно использовать такие провода для намотки на катушки соленоида, что определяется условием величины критического тока более 100 А, можно в магнитных полях менее 25 Тл. Таким образом, внешняя секция магнита, на катушку соленоида которой намотан провод из материала MgB2, способна создавать магнитное поле не более 25 Тл. Для дальнейшего увеличения магнитного поля до величины в 30 Тл и выше необходимо использовать ВТСП ленты. Поле необратимости у лент ВТСП значительно превосходит 30 Тл, что позволяет использовать соленоиды с применением такого сверхпроводника для создания магнитов с магнитным полем более 30 Тл. Таким образом, внутренняя секция магнита создает дополнительное к первой секции магнитное поле более 5 Тл, одновременно экранируя от создаваемого магнитного поля внутренние витки внешней секции магнита, обеспечивая дополнительную защиту внешней секции магнита. Такое соотношение создаваемого поля между внутренней секцией из MgB2 и внешней секцией из ВТСП обусловлено тем, что создание соленоидов из ВТСП ленты осложнено значительной трудоемкостью намотки ленты ВТСП в виде набора двойных спиралей, а также значительной стоимостью проводника по сравнению с проводами из материала MgB2. Эта особенность требует минимизации размеров внутренней секции магнита. Каждая из секций магнита подключена к внешнему источнику тока через отдельную пару токовводов, что обеспечивает необходимый уровень надежности работы магнитной системы, а также позволяет увеличивать поле во внутренней секции магнита с большей скоростью, за счет меньшей индуктивности соленоида. Таким образом, за счет выбранных параметров предложенная магнитная система позволяет с одной стороны достигать более высоких магнитных полей и, дополнительно, применять эту систему при более высоких температурах.
В частном случае, в качестве системы охлаждения магнита может быть использован криорефрежератор, что значительно уменьшает габариты магнитной системы и создает дополнительную возможность работать при температуре 4 К и более.
Конкретный пример устройства поясняется фигурой, на которой изображен: 1 - криостат магнитной системы, 2 - радиационный экран, 3 - криорефрижератор, 4 - внешняя секция магнита, на катушку соленоида которой намотан провод из материала MgB2, 5 - внутренняя секция магнита, на катушку соленоида которой намотан провод из ленточного ВТСП, 6 - пара токовводов, питающая внешнюю секцию магнита, 7 - пара токовводов, питающая внутреннюю секцию магнита.
Устройство работает следующим образом. Двухсекционный магнит 4-5, помещенный в вакуумный объем криостата 1 магнитной системы и защищенный от лучистого теплоприттока медным радиационным экраном 2, охлаждается криорефрижератором 3. После полного охлаждения магнитной системы через отдельную пару токовводов 7 запитывается внешняя секция соленоида, создавая поле не более 25 Тл. Внутренняя секция магнита 5, обладающая меньшей индуктивностью, запитывается через отдельную пару токовводов 6 с большей скоростью, создавая дополнительное магнитное поле более 5 Тл, позволяя достигнуть суммарного магнитного поля более 30 Тл.
Таким образом, полезная модель позволяет расширить функциональные возможности магнитной системы за счет возможности создания магнитного поля более 30 Тл, а кроме того, работы магнитной системы при температуре более 4 К.
Источники информации:
1. М. Tsuchiya, Т. Wakuda, K. Maki, Т. Shiino, Н. Tanaka, N. Saho, Н. Tsukamoto, S. Kido, K. Takeuchi M. Okada, and H. Kitaguchi Development of Superconducting Split Magnets for NMR Spectrometer // IEEE Transactions On Applied Superconductivity - 2008 - Vol.18(2) - P. 840-843.
2. W. Denis Markiewicz, Iain R. Dixon, Charles A. Swenson, W. Scott Marshall, Robert P. Walsh, Thomas Painter, Steven van Van Sciver. Method of manufacturing a superconducting magnet. US 6735848 В1, МПК H01F6/00, H01F 41/04, приоритет от 24.09.1999, опубликовано 18.05.2004.
Claims (2)
1. Магнитная система с двухсекционным высокотемпературным сверхпроводящим магнитом, содержащая криостат, в котором размещены две коаксиальных секции магнита - внешняя и внутренняя и система охлаждения, отличающаяся тем, что на катушку соленоида внешней секции магнита намотан провод из материала MgB2, а на катушку соленоида внутренней секции магнита намотана лента высокотемпературного сверхпроводящего проводника, кроме того, она снабжена двумя парами токовводов, одна из которых подключена к внешней секции магнита, а другая - к внутренней соответственно.
2. Магнитная система по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве системы охлаждения выбран криорефрежератор.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016152084U RU171954U1 (ru) | 2016-12-28 | 2016-12-28 | Магнитная система с двухсекционным высокотемпературным сверхпроводящим магнитом |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016152084U RU171954U1 (ru) | 2016-12-28 | 2016-12-28 | Магнитная система с двухсекционным высокотемпературным сверхпроводящим магнитом |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU171954U1 true RU171954U1 (ru) | 2017-06-22 |
Family
ID=59240610
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016152084U RU171954U1 (ru) | 2016-12-28 | 2016-12-28 | Магнитная система с двухсекционным высокотемпературным сверхпроводящим магнитом |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU171954U1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU203914U1 (ru) * | 2020-10-27 | 2021-04-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет" (ВГТУ) | Генератор гармоник на основе сверхпроводника |
RU2799587C2 (ru) * | 2018-11-22 | 2023-07-06 | Токемек Энерджи Лтд | Быстрый сброс частично изолированного сверхпроводящего магнита |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU448524A1 (ru) * | 1972-02-28 | 1974-10-30 | Филиал Ордена Ленина Института Химической Физики Ан Ссср | Сверхпровод щий магнит,работающий в режиме "замороженного потока |
US6735848B1 (en) * | 1999-09-24 | 2004-05-18 | Fsu Research Foundation, Inc. | Method of manufacturing a superconducting magnet |
RU2281574C2 (ru) * | 2003-01-29 | 2006-08-10 | Сентрал Джэпэн Рэйлвэй Компани | Устройство сверхпроводящего магнита |
-
2016
- 2016-12-28 RU RU2016152084U patent/RU171954U1/ru active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU448524A1 (ru) * | 1972-02-28 | 1974-10-30 | Филиал Ордена Ленина Института Химической Физики Ан Ссср | Сверхпровод щий магнит,работающий в режиме "замороженного потока |
US6735848B1 (en) * | 1999-09-24 | 2004-05-18 | Fsu Research Foundation, Inc. | Method of manufacturing a superconducting magnet |
RU2281574C2 (ru) * | 2003-01-29 | 2006-08-10 | Сентрал Джэпэн Рэйлвэй Компани | Устройство сверхпроводящего магнита |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2799587C2 (ru) * | 2018-11-22 | 2023-07-06 | Токемек Энерджи Лтд | Быстрый сброс частично изолированного сверхпроводящего магнита |
RU203914U1 (ru) * | 2020-10-27 | 2021-04-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет" (ВГТУ) | Генератор гармоник на основе сверхпроводника |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Miyazaki et al. | Degradation-free impregnated YBCO pancake coils by decreasing radial stress in the windings and method for evaluating delamination strength of YBCO-coated conductors | |
Mizuno et al. | Experimental production of a real-scale REBCO magnet aimed at its application to maglev | |
Patel et al. | Rational design of MgB2 conductors toward practical applications | |
Tosaka et al. | R&D project on HTS magnets for ultrahigh-field MRI systems | |
Yanagisawa et al. | Reduction of screening current-induced magnetic field of REBCO coils by the use of multi-filamentary tapes | |
Gupta et al. | Second generation HTS quadrupole for FRIB | |
Poole et al. | Numerical study on the quench propagation in a 1.5 T MgB2 MRI magnet design with varied wire compositions | |
Zhang et al. | First performance test of the iron-based superconducting racetrack coils at 10 T | |
Ye et al. | Magnetic field dependent stability and quench behavior and degradation limits in conduction-cooled MgB2 wires and coils | |
Chudy et al. | Characterization of commercial YBCO coated conductors after neutron irradiation | |
Niu et al. | The effects of ferromagnetic disks on AC losses in HTS pancake coils with nonmagnetic and magnetic substrates | |
Weinstein et al. | Observation of a bean model limit—a large decrease in required applied activation field for TFMs | |
Noguchi et al. | An optimization method for design of SMES coils using YBCO tape | |
Noguchi et al. | An optimal design method for superconducting magnets using HTS tape | |
Noguchi et al. | An optimal configuration design method for HTS-SMES coils | |
RU171954U1 (ru) | Магнитная система с двухсекционным высокотемпературным сверхпроводящим магнитом | |
Kim et al. | Persistent current mode of a 1-T-class HTS pancake coil for NMR/MRI applications | |
JPWO2012157745A1 (ja) | 超伝導磁石及び核磁気共鳴装置 | |
Noguchi et al. | An optimal design method for SMES coils using HTS tapes | |
Pi et al. | Numerical study of current distribution and stability of LTS/HTS hybrid superconductor | |
Zhang et al. | 3D mechanical design and stress analysis of 20 T common-coil dipole magnet for SppC | |
Miyazaki et al. | Development of a 5.1 T conduction-cooled YBCO coil composed of a stack of 12 single pancakes | |
Kitamura et al. | Numerical evaluation of transient thermal stability of no-insulation REBCO pancake coils with a noncontact area between turns | |
Krasnoperov et al. | 2G HTS tape and double pancake coil for cryogen-free superconducting magnet | |
Nielsen et al. | Dipole magnet from high Tc superconductor |