WO2020011625A1

WO2020011625A1 - Supraleitendes magnetspulensystem

Info

Publication number: WO2020011625A1
Application number: PCT/EP2019/067890
Authority: WO
Inventors: Wolfgang Frantz; Rafael Caminada; Gerald Neuberth
Original assignee: Bruker Biospin Gmbh
Priority date: 2018-07-11
Filing date: 2019-07-03
Publication date: 2020-01-16
Also published as: JP7187658B2; US20210210262A1; CN112385001A; CN112385001B; DE102018211511A1; JP2021524677A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein supraleitendes Magnetspulensystem mit einer ersten elektrischen Masche (M1) und einer zweiten elektrischen Masche (M2), die in Serie miteinander verschaltet sind, wobei die erste elektrische Masche (M1) in einem ersten Pfad einen HTS(high temperature superconductor)-Spulenabschnitt (A0) und in Serie dazu einen ersten Hauptspulenabschnitt (A1) und in einem zweiten Pfad ein Quenchschutzelement (Q1) umfasst, das die Serienschaltung von HTS-Spulenabschnitt (A0) und erstem Hauptspulenabschnitt (A1) überbrückt. Der erste Hauptspulenabschnitt (A1) umfasst einen Leiter mit supraleitenden Filamenten in einer Matrix. Die zweite elektrische Masche (M2) umfasst einen Nachbar-Hauptspulenabschnitt (A3) mit einen Leiter mit supraleitenden Filamenten in einer Matrix. Der Nachbar-Hauptspulenabschnitt (A3) ist derjenige Hauptspulenabschnitt einer anderen als der ersten elektrischen Masche, der in radialer Richtung nach außen dem ersten Hauptspulenabschnitt (A1) der ersten elektrischen Masche am nächsten liegt. Das Magnetspulensystem ist dadurch gekennzeichnet, dass im Quenchfall die Leiter der Hauptspulenabschnitte (A1, A3, A4) jeweils einen spezifischen Leistungseintrag (LT/2ϖ)² ^* 1/ρ_M erzeugen, wobei der spezifische Leistungseintrag des Leiters des ersten Hauptspulenabschnitts (A1) der ersten elektrischen Masche (M1) höher ist als der spezifische Leistungseintrag des Leiters des Nachbar-Hauptspulenabschnitts (A3) der zweiten elektrischen Masche (M2). Somit kann unter Verwendung von HTS-Supraleitermaterial ein Magnetspulensystem bereitgestellt werden, mit dem besonders hohe Feldstärken erzeugt werden können und/oder das eine geringe Baugröße aufweist.

Description

Supraleitendes Magnetspufensystem Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein supraleitendes Magnetspulensystem mit einer ersten elektrischen Masche und einer zweiten elektrischen Masche, die in Serie miteinander verschaltet sind, wobei die erste elektrische Masche in einem ersten Pfad einen HTSfhigh temperature superconductor)-Spulenabschnitt und in Serie dazu einen ersten Hauptspulenabschnitt und in einem zweiten Pfad ein Quenchschut- zelement umfasst, das die Serienschaltung von HTS-Spulenabschnitt und erstem Hauptspulenabschnitt überbrückt. Der erste Hauptspulenabschnitt umfasst einen Leiter mit supraleitenden Filamenten in einer Matrix. Die zweite elektrische Ma sehe umfasst einen Nachbar-Hauptspulenabschnitt mit einem Leiter mit supralei- tenden Filamenten in einer Matrix. Der Nachbar-Hauptspulenabschnitt ist derjenige Hauptspulenabschnitt, der von allen Hauptspulenabschnitten einer anderen als der ersten elektrischen Masche in radialer Richtung nach außen dem ersten Hauptspulenabschnitt der ersten elektrischen Masche am nächsten liegt. Ein derartiges Magnetspülensystem ist bekannt aus [02] - [04].

In konventionellen supraleitenden NMR-Magneten werden üblicherweise NbTi und Nb3Sn Drähte verwendet, was die Feldstärke derzeit auf etwa 23.5 T beschränkt, Um höhere Feldstärken zu erreichen oder einen Magneten gegebener Feldstärke kompakter zu gestalten, muss auf alternative Leitermaterialien zurückgegriffen werden. Erforscht wird in diesem Zusammenhang hauptsächlich der Einsatz von HTS-Bandleitern, z.B. REBCO Bänder (REBCO = Rare-earth barium copper oxi- de). Dabei wird der Magnet nicht komplett aus HTS-Materialien gefertigt; aus Kostengründen ist es vorteilhaft, nur für die innersten Sektionen HTS-Bandleiter zu verwenden und einen Hintergrundmagneten in konventioneller „Low- Temperature-Superconductor" (LTS) Technologie (NbTi oder Nb3Sn) zu fertigen. Üblicherweise werden daher die innersten Magnetsektionen aus HTS- Bandmaterial gewickelt und diese mit einem LTS-Hintergrundmagneten in Serie geschaltet. In einer typischen Quenchschutzschaltung von z.B. NMR-Magneten werden einzelne Sektionen bzw. Bereiche einzelner Sektionen mit Schutzwiderständen parallel geschaltet und bilden somit eine elektrische Masche eines Schutznetzwerkes. Die verschiedenen Maschen wiederum werden in Serie geschaltet [01]. Auf diese Weise ist es möglich, Quenchdauer und Quenchspannun- gen klein zu halten. In elektrischen Maschen, in denen der Supraleiter erst spät zündet (mitquencht), können allerdings Strom- und Kraftüberhöhungen auftre- ten, die den Supraleiter möglicherweise überlasten.

„Quench" bezeichnet den spontanen Übergang der Magnetspule vom supraleiten- den in den normalleitenden Zustand durch Überlastung des stromtragenden Supraleiters. Dieser Vorgang kann mit hohen elektrischen Spannungen, Strömen und Kräften im Supraleiter verbunden sein, die ihn wiederum zerstören können.

Die neuen HTS-Materialien stellen an den Quenchschutz eines supraleitenden Magneten jedoch besondere Anforderungen Üblicherweise startet der Quench lokal und spontan und breitet sich anschließend in einigen Sekunden im Magne- ten aus. Nachteilig im Quenchfall ist insbesondere die hohe kritische Temperatur des HTS-Materials (Null-Feld: YBCO >80 K im Gegensatz zu den kritischen Tem- peraturen gängiger LTS-Leiter: Nb3Sn ca. 18 K, NbTi ca. 10 K), da diese zu einem späten Mitquenchen führt, wenn der Quench im NbTi- oder Nb3Sn-Teil des Hintergrundmagneten startet. Je nach Quenchschutzkonzept resultiert daraus eine Strom- bzw. Kraftüberhöhung in der HTS-Sektion. Außerdem führt die lang- same Quenchausbreitung im HTS-Material zur lokalen Überhitzung, was wiede- ru ein Durchbrennen des HTS-Leiters bewirken kann.

In [02] wird vorgeschlagen, die kritische Sektion (z.B. HTS-Sektion), die erst spät nach Start des Quenchs (außerhalb dieser kritischen Sektion) ebenfalls quencht, gemeinsam mit einem schnell bzw. früh quenchenden Spulenteil in ei ner gemeinsamen Masche zu schützen. Dabei sind die beiden (gemeinsam in ei- ner Masche geschützten) Spulenbereiche elektrisch aufeinander folgend angeordnet. Dadurch können Stromüberhöhungen in der sonst spät quenchenden Masche mit der HTS-Sektion und somit auch ein Quench der HTS-Sektion verhindert werden.

Aus [03] ist bekannt, den Quench (insbesondere in spät quenchenden Supralei- terbereichen) durch zusätzliches Heizen zu beschleunigen, um Stromüberhöhun gen in diesen Spulenbereichen zu vermeiden. Dies kann aktiv erfolgen (Quenchdetektion und anschließendes Aktivieren eines Heizers) oder passiv (Quenchschutzwiderstände als aktive Heizer, die thermisch an die Supraleiter wicklung angekoppelt werden).

Die Heizer sind dazu in der HTS-Sektion , verteilt, um den Quench schnell in der HTS-Sektion, auszubreiten (d.h. die Energie zu verteilen). Hierbei besteht jedoch die Gefahr, dass die HTS-Sektion durch das Heizen zerstört wird Außerdem redu zieren die Heizerstreifen in der Wicklung das für die Magnetfelderzeugung ver fügbare Volumen. Die Heizerstreifen können auch die Gleichförmigkeit der radial innen liegenden HTS-Wickfung und damit die Homogenität des Magnetfeldes beeinträchtigen. Das Verwickeln und Verdrahten der vielen Heizerstreifen ist auf- wändig.

In [04] wird vorgeschlagen, dass ein im Quenchfall aktiver Heizer in einer der beiden Sektionen, die gemeinsam in einer elektrischen Masche geschützt wer- den, untergebracht wird, um den Quenchablauf zu beschleunigen. Der Heizer wird typischerweise als Schutzelement einer weiteren Masche im Schutznetzwerk ausgelegt. Der Heizer wird in jener Sektion untergebracht, deren Supraleiter die geringere kritische Temperatur besitzt. Hierfür wird jedoch eine aufwändige und komplexe Verdrahtung benötigt. Darüber hinaus sind mit den dazu erforderlichen Eingriffen ins Wickeipaket der Sektion erhebliche Risiken verbunden.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, unter Verwendung von HTS-Supraleitermaterial ein Magnetspuiensystem bereitzustellen, mit dem besonders hohe Feldstärken er zeugt werden können und/oder das eine geringe Baugröße aufweist.

Beschreibung der Erfindung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein supraleitendes Magnetspu iensystem gemäß Patentanspruch 1.

Bei dem erfindungsgemäßen Magnetspulensystem erzeugen die Leiter der Hauptspulenabschnitte im Quenchfall jeweils einen spezifischen Leistungseintrag Pspez = (LT /2TT)² * 1/p_M, wobei der spezifische Leistungseintrag des Leiters des ersten Hauptspulenabschnitts der ersten elektrischen Masche höher als der spe- zifische Leistungseintrag des Leiters des Nachbar-Hauptspulenabschnitts der zweiten elektrischen Masche ist.

Dabei ist:

LT = Twistlänge des Leiters mit supraleitenden Filamenten

P_M = spezifischer elektrischer Widerstand der Matrix des Leiters (in transversaler Richtung), in der die supraleitenden Filamente eingebettet sind („Matrixwiderstand")

Bei den Leitern des ersten Hauptspulenabschnitts und des Nachbar- Hauptspulenabschnitts handelt es sich also um getwistete Leiter, also Leiter, de- ren Filamente miteinander verdrillt sind. Als„Twist" bezeichnet man die Verdril- lung der supraleitenden Filamente im supraleitenden Draht. Als„Twistiänge" be- zeichnet man die Länge des Drahtabschnitts, innerhalb der die supraleitenden Filamente im supraleitenden Draht eine komplette Umlaufperiode beschreiben. Bei einem Leiter mit größerer Twistlänge sind die Filamente also weniger stark verdrillt als bei einem Leiter mit kleinerer Twistiänge.

In fiiamentierten Supraleitern kommt es im Falle einer Magnetfeldänderung (bspw. durch einen Quench) zu einem Leistungseintrag (Ohmsche Wärme), auf- grund eines Stromfiusses zwischen den Filamenten und über die resistive Matrix, in der die Filamente eingebettet sind. In [5] wird eine Formel für den Leistungseintrag (pro Volumeneinheit) aufgrund dieser Kopplungsverluste/Kopplung zwischen den Filamenten angegeben:

P/V = (dB/dt)² * (LT /2TT)² * l/p_M.= (dB/dt)² * P_Spez

wobei dB/dt = zeitliche Änderung der Magnetfiussdichte z.B. im Quenchfall.

Vorzugsweise ist der spezifische Leistungseintrag des Leiters des ersten Hauptspulenabschnitts mindestens um einen Faktor 1.5 (insbesondere um einen Faktor zwischen 1.8 - 9) höher als der spezifische Leistungseintrag des Leiters des Nachbar-Hauptspulenabschnitts.

Die Erfindung beruht auf der Idee, im Quenchfall besonders hohe, induktiv erzeugte„Umkoppelverluste" zu generieren, die für eine schnelle Quench-Zündung und Quench-Ausbreitung in der ersten elektrischen Masche, in der das HTS- Material verschaltet ist, sorgen und damit eine schnelle Stromabnahme in dieser Masche ermöglichen. Durch die erfindungsgemäße Verwendung eines Leiters in der ersten elektrischen Masche mit einem gegenüber dem Leiter des Nachbar- Hauptspulenabschnitts der zweiten Masche erhöhten spezifischen Leistungsein- trag kann also bei einem außerhalb der ersten elektrischen Masche (bspw. in der zweiten elektrischen Masche) startenden Quenchs die Quench-Zündung und Quench-Ausbreitung in der ersten elektrischen Masche, in der sich das HTS- Material befindet, beschleunigt werden. Dadurch wird der Einsatz von HTS- Materialien in Magnetsystemen, insbesondere in NMR-Magnetspulensystemen, ermöglicht, ohne dass eine erhöhte Zerstörungsgefahr des Magnetspulensystems besteht. Hierdurch wiederum kann eine reduzierte Baugröße des Magnetspulen systems und/oder eine Erhöhung der durch das Magnetspulensystem erzeugba- ren Feldstärke erreicht werden.

Wie die erste elektrische Masche umfasst auch die zweite elektrische Masche ei- nen ersten Pfad und einen zweiten Pfad, wobei im ersten Pfad der Nachbar- Hauptspulenabschnitt und in einem zweiten Pfad ein weiteres Quenchschutzele- ment angeordnet ist, das den Nachbar-Hauptspulenabschnitt und ggf. weitere Hauptspulenabschnitte innerhalb des ersten Pfads der zweiten elektrischen Masche überbrückt. Als Quenchschutzelemente können Widerstände und/oder Dio- den vorgesehen werden.

Als Hauptspuienabschnitt wird ein Spulenabschnitt mit Filamentieiter bezeichnet, der in einem Bereich der Magnetspulenanordnung angeordnet ist, in dem im Betrieb des Magnetspulensystems ein Magnetfeld mit B > 6T herrscht. Der Nach- bar-Hauptspulenabschnitt umfasst vorzugsweise einen Filamentleiter aus einem LTS (low temperature superconductor)-Material. Der HTS-Spulenabschnitt hinge- gen umfasst einen Bandleiter aus HTS-Material.

Die Spulenabschnitte sind in der Regel auf Spulenkörper gewickelt. Dabei können (müssen aber nicht) mehrere Hauptspulenabschnitte auf einem gemeinsamen Spulenkörper gewickelt sein. Das Magnetspulensystem weist eine Längsachse auf, um die herum die Spulen- abschnitte koaxial angeordnet sind. Die Richtungsangaben„in radialer Richtung nach außen",„radial außerhalb" usw. sind bezogen auf die Längsachse des Mag- netspuiensystems. In diesem Sinne ist der Nachbar-Hauptspulenabschnitt radial außerhalb des HTS-Spulenabschnitts und des ersten Hauptspulenabschnitts (also von der Achse z weiter entfernt als der HTS-Spulenabschnitt und der erste Hauptspulenabschnitt) angeordnet. Der Nachbar-Hauptspulenabschnitt ist vorzugsweise radial benachbart zum ersten Hauptspulenabschnitt. Es ist jedoch möglich, dass ein zweiter Hauptspulenabschnitt der ersten Masche radial zwi- sehen dem ersten Hauptspulenabschnitt und dem Nachbar-Hauptspulenabschnitt angeordnet ist. Von den Hauptspulenabschnitten, die nicht Teil der ersten Ma- sche sind, ist der Nachbar-Hauptspulenabschnitt der zum ersten Hauptspulenabschnitt nächstliegende.

Zusätzlich zum Nachbar-Hauptspulenabschnitt können weitere Hauptspulenabschnitte vorgesehen sein, die entweder mit dem Nachbar-Hauptspulenabschnitt in der zweiten elektrischen Masche derart in Serie miteinander verschaltet sind, dass sie im Betrieb gleichsinnig mit Strom durchflossen werden oder in weiteren elektrischen Maschen (aber nicht in der ersten Masche) verschaltet sind.

Vorzugsweise ist der erste Hauptspulenabschnitt derjenige Hauptspulenabschnitt, der innerhalb des Magnetspulensystems den höchsten spezifischen Leistungseintrag von all denjenigen Hauptspulenabschnitten erzeugt, weiche Leiter aus dem- selben supraleitenden Material wie der Leiter des ersten Hauptspulenabschnitts umfassen.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der erste Hauptspulenabschnitt derjenige Hauptspulenabschnitt, der innerhalb des Magnetspulensystems den höchsten spezifischen Leistungseintrag erzeugt (also unabhängig vom Mate rial der Leiter der Hauptspulenabschnitte).

Der spezifische Leistungseintrag ist insbesondere vom Matrixwiderstand und von der Twistlänge des Leiters abhängig. Eine spezielle Ausführungsform des erfin- dungsgemäßen Magnetspulensystems sieht vor, dass der spezifische elektrische Widerstand der Matrix des ersten Hauptspulenabschnitts niedriger ist als der spezifische elektrische Widerstand der Matrix des Nachbar-Hauptspulen- abschnitts. Vorzugsweise ist der erste Hauptspulenabschnitt derjenige Hauptspulenabschnitt, der innerhalb des Magnetspulensystems den niedrigsten Matrixwiderstand für das in diesem Hauptspulenabschnitt eingesetzte Supraleitermaterial aufweist. Der Matrixwiderstand des ersten Hauptspulenabschnitts ist also kleiner als der Mat- rixwiderstand jedes anderen Hauptspulenabschnitts mit Filamenten aus demsel- ben Material wie die Filamente des ersten Hauptspulenabschnitts.

Vorzugsweise ist der Matrixwiderstand des ersten Hauptspulenabschnitts kleiner als der Matrixwiderstand aller anderen Hauptspulenabschnitte des Magnetspulensystems.

Bei Leitern, bei denen die Filamente in einer Cu-Matrix eingebettet sind, kann der Matrixwiderstand durch die Anordnung der Filamente [06], die Cu-Qualität ("Restwiderstand") und die Wärmebehandlung nach dem letzten Umformschritt ("Restwiderstand") beeinflusst werden. NbTi-Leiter besitzen eine Cu-Matrix, deren spezifischer Widerstand (Matrixwiderstand) bei der Betriebstemperatur des Magneten unter anderem vom Magnetfeld abhängt, in dem sich der NbTi-Leiter befindet. Typische Matrixwiderstand-Werte bei Betriebstemperatur 4.2K sind: in einem Magnetfeld von 9T: pM = 0,51 nQ*m bzw. bei 6T: 0.38 nQ*m. Wird der Magnet auf 2 K unterkühlt, kann NbTi in einem Magnetfeld von max. 12T betrieben werden und der typische spez. Matrixwiderstand beträgt: 0.65 hW*hh. In Nb3Sn-Leitern, die nach dem sogenannten Bronze-Verfahren hergestellt werden, kann der Matrixwiderstand über die Legierungszusammensetzung der Bronze- Matrix beeinflusst werden. Dies kann bspw. durch eine Verringerung der Dotie rung von Sn erreicht werden. Typische maximale Beigaben von Sn in die Kupferbronze für Supraleiter gehen bis zu 16wt-%. Werte unterhalb von 16wt-% sind daher geeignet, einen geringeren Matrixwiderstand zu erlangen. Für den Betrieb des Nb3Sn-Supraleiters ist der Matrixwiderstand nach der Wärmebehandlung des Supraleiters entscheidend. In Nb3Sn-Leitern, die nach dem Bronze-Verfahren hergestellt werden, reduziert sich beispielsweise der Matrixwiderstand der Bronze (CuSn) durch die Wärmebehandlung des Supraleiters deutlich, da bei dieser Wärmebehandlung Sn-Atome aus der CuSn-Matrix in das Nb diffundieren und dort das supraleitende Nb3Sn bilden. Indem die Bronze bei diesem Prozess an Sn verarmt, nimmt auch der spezifische elektrische Widerstand der Bronze bzw. der Bronze-Matrix ab und lässt sich so je nach Länge der Wärmebehandlung gezielt verändern. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mag- netspulensystems ist die Twistlänge des Leiters des ersten Hauptspulenab schnitts größer als die Twistlänge der Filamente des Nachbar- Hauptspulenabschnitts. Die Verwendung von Leitern mit getwisteten Filamenten ist aus dem Stand der Technik bekannt, um die Stabilität des supraleitenden Zustandes des Leiters zu erhöhen (je stärker getwistet, also je kleiner die Twistlänge, desto stabiler ist der supraleitende Zustand des Leiters). Im Quenchfall führt die Kopplung zwischen den Filamenten zu Strömen zwischen den Filamenten und über die resistive Matrix, in der die supraleitenden Filamente eingebettet sind, und somit zu dem oben angegebenen Leistungseintrag. Durch den erfindungs gemäßen Einsatz größerer Twistlängen der Filamente im ersten Hauptspulenabschnitt entstehen besonders hohe, induktive„Umkoppelverluste", die für eine schnelle Quench-Zündung und Quench-Ausbreitung im ersten Hauptspulenabschnitt sorgen und damit eine schnelle Stromabnahme in der ersten elektrischen Masche ermöglichen. Der Twist der supraleitenden Filamente des supraleitenden Materials des ersten Hauptspulenabschnitts weist also eine für eine schnelle Quenchausbreitung optimierte Twistlänge auf.

Vorzugsweise ist der erste Hauptspulenabschnitt derjenige Hauptspulenabschnitt, dessen Filamente von allen supraleitenden Filamenten, die in den Hauptspuien- abschnitten innerhalb des Magnetspulensystems verbaut sind, die größte Twist länge aufweist.

Die Twistlänge des Leiters des ersten Hauptspulenabschnitts sollte jedoch nicht beliebig groß gewählt werden, da ein zu großer Twist im Quenchfall während des Betriebs des Magnetspulensystems zwar hilfreich ist, in anderen Situationen aber schaden kann. So wird bspw. beim Laden des Magnetspulensystems der Wärmeeintrag mit zunehmender Twistlänge erhöht, was beim Laden des Magneten zu einem unerwünschten Quenchen führen kann. Darüber hinaus nimmt bei großen Twistlängen die sogenannte„Eigenstabilität" des Leiters ab, da bei großen Twistlängen bezüglich der Stabilisierung des supraleitenden Zustandes des Leiters nicht mehr die kleinen Durchmesser der einzelnen Filamente wirksam sind, sondern der Durchmesser des Gesamtleiters [5]. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Twistlänge der Filamente des ers- ten Hauptspulenabschnitts mindestens um einen Faktor 1.5, vorzugsweise um einen Faktor 2 größer als die Twistlänge der Filamente des Nachbar- Hauptspulenabschnitts. Für den Fall, dass neben dem Nachbar-

Hauptspulenabschnitt weitere Hauptspulenabschnitte vorhanden sind, ist es besonders vorteilhaft, wenn die Twistlänge der Filamente des ersten Hauptspulenabschnitts mindestens um einen Faktor 1.5, vorzugsweise um einen Faktor 2 größer ist als die Twistlänge der Filamente aller weiteren Hauptspulenabschnitte.

Die Twistlänge wird erfindungsgemäß so gewählt, dass der Quench mit ausreichend hoher Geschwindigkeit abläuft und damit die Stromüberhöhungen Grenzwerte, die zu einer kritischen Überlastung des Leiters führen könnten, nicht überschreiten. Eine zu große Twistlänge ist jedoch aus den oben genannten Gründen zu vermeiden. Entscheidend für die Wahl der Twistlänge ist also ein Grenzwert für die Stromüberhöhung bzw. die damit verbundenen Kräfte, der nicht überschritten werden soll und einem maximal vertretbaren Wärmeeintrag beim Laden des Magneten, der nicht überschritten werden soll. Darüber hinaus kann bei der Wahl der Twistlänge auch gefordert werden, dass der Leiters des ersten Hauptspulenabschnitts eine Mindesteigenstabilität aufweisen soll.

Vorzugsweise liegt die Twistlänge der Filamente des ersten Hauptspulenabschnitts im Bereich 150 mm - 400 mm, insbesondere im Bereich 200 mm- 400 mm.

Das supraleitende Material des ersten Hauptspulenabschnitts umfasst vorzugsweise ein Bi-Supraleitermateria! insbesondere BΪ2212 (B S^CaCuzOe) oder ein LTS-Material, vorzugsweise NbTi oder Nb3Sn Das Vorsehen eines gegenüber dem Nachbar-Hauptspulenabschnitt erhöhten spezifischen Leistungseintrags des ersten Hauptspulenabschnitts ist insbesondere vorteilhaft, wenn der erste Hauptspulenabschnitt einen Leiter aus Nb3Sn umfasst, da Nb3Sn eine für einen LTS-Filamentleiter relative hohe kritische Tempe- ratur Tc aufweist und ohne die erfindungsgemäße Twist-Optimierung im Quench- fali erst relativ spät mitquenchen würde. Nb3Sn weist darüber hinaus eine hohe Feldverträglichkeit auf und kann daher innerhalb des Magnetspulensystems radial sehr weit innen und damit im hohen Magnetfeld angeordnet werden, wodurch der Einfluss auf die Quenchgeschwindigkeit erhöht werden kann.

Mit NbTi wiederum können sowohl hohe Twistlängen als auch niedrige Matrixwiderstände realisiert werden. Darüber hinaus kann der Matrixwiderstand von NbTi-Supraleitern leicht beeinflusst werden, so dass ein gewünschter spezifischer Leistungseintrag leicht realisiert werden kann.

Bei einer speziellen Ausführungsform ist der Leiter des ersten Hauptspulenabschnitts ein verstärkter IM b3 Sn -Leiter. Ein verstärkter Nb3Sn-Leiter besitzt gegenüber einem nicht verstärkten Nb3Sn-Leiter eine höhere Widerstandsfähigkeit gegen die mit einer Stromüberhöhung verknüpften, radial nach außen gerichteten Kräften.

Eine weitere spezielle Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetspulen systems sieht vor, dass die erste elektrische Masche einen zweiten Hauptspulen- abschnitt mit einem Leiter mit supraleitenden Filamenten in einer Matrix umfasst, dessen spezifischer Leistungseintrag höchstens so groß ist wie der spezifische Leistungseintrag des Leiters des ersten Hauptspulenabschnitts, vorzugsweise kleiner ist als der spezifische Leistungseintrag des Leiters des ersten Hauptspulenabschnitts. Das supraleitende Material des zweiten Hauptspulenabschnitts kann ein Bi-Supraleiter, insbesondere BΪ2212 oder ein LTS-Material, vorzugswei- se IMbTi oder Nb3Sn, sein.

Die drei Spulenabschnitte der ersten elektrischen Masche können jeweils unterschiedliche kritische Magnetfelder und kritische Temperaturen aufweisen. Bei- spielsweise könnte als supraleitendes Material des zweiten Hauptspulenabschnitts Nb3Sn und als supraleitendes Material des ersten Hauptspulenabschnitts (also als Hauptspulenabschnitt mit erhöhtem spezifischem Leistungseintrag) NbTi ver wendet werden. Dies ist besonders vorteilhaft, da NbTi mit seiner niedrigen kriti- sehen Temperatur relativ früh mitquenchen und den Strom in der ersten elektrischen Masche schnell reduzieren würde.

Der erste und der zweite Hauptspulenabschnitt können auf einem gemeinsamen Spulenkörper gewickelt sein. Dies ist besonders einfach realisierbar, wenn der erste und der zweite Hauptspulenabschnitt Leiter aus demselben supraleitenden Material enthalten. Die Leiter unterscheiden sich dann im Matrixwiderstand und/oder in der Twistlänge. Der erste Hauptspulenabschnitt kann radial weiter außen angeordnet sein als der zweite Hauptspulenabschnitt. Um die mit einer zu großen Twistlänge verbunde nen Risiken zu reduzieren, kann der Leiter des ersten Hauptspulenabschnitts mit größerer Twistlänge in Bereichen eingesetzt werden, in denen die Leiterauslas- tung weniger groß ist und damit (z.B.) der zusätzliche Wärmeeintrag beim Laden weniger zum Tragen kommt. Der zweite Hauptspulenabschnitt kann also dazu dienen, einen größeren radialen Abstand zwischen HTS-Spulenabschnitt und dem NbTi-Hauptspulenabschnitt zu erreichen.

Der HTS-Spulenabschnitt und der erste Hauptspulenabschnitt können auf einem gemeinsamen Spulenkörper gewickelt sein. Dies macht die gemeinsame Verschaltung der beiden Spulenabschnitte innerhalb einer elektrischen Masche be- sonders einfach. Hier käme beispielsweise die Kombination aus HTS (radial in- nen) für den HTS-Spulenabschnitt und NbTi (radial weiter außen) für den ersten Hauptspulenabschnitt in Frage. Der auf das HTS-Material aufgewickelte LTS- Leiter des ersten Hauptspulenabschnitts könnte auch aus Nb3Sn-Material beste hen, wenn dieses Nb3Sn-Material im sogenannten React&Wind-Verfahren vor dem Wickeln seine Reaktionsglühung erhält. Wird HTS-Material (radial innen) und NbTi-Material (radial weiter außen) in einer gemeinsamen Sektion verwickelt, kann der NbTi-Leiter so dimensioniert werden, dass er als Korsett wirkt, also als mechanische Bandage, um den im HTS-Leiter radial nach außen gerichteten Kräften („Hoop-Stress") entgegen zu wirken und damit den HTS-Leiter zu stabilisieren. Alternativ hierzu können der HTS-Spulenabschnitt und der erste Hauptspulenab- schnitt räumlich getrennt, also auf unterschiedlichen Spulenkörpern angeordnet sein, um bspw. den ersten Hauptspulenabschnitt unabhängig vom HTS- Spulenabschnitt im Quenchfall heizen zu können, falls gewünscht.

Vorzugsweise ist der HTS-Spulenabschnitt der innerste Spulenabschnitt der Magnetspulenanordnung.

Wenn der HTS-Spulenabschnitt und der erste Hauptspulenabschnitt in der räum- liehen Anordnung radial benachbart sind, ist die Verschaltung innerhalb der gemeinsamen ersten elektrischen Masche besonders einfach möglich, da der konstruktive und fertigungstechnische Aufwand in diesem Fall besonders gering ist. Der HTS-Spulenabschnitt und der erste Hauptspulenabschnitt folgen dann also in der räumlichen Anordnung radial unmittelbar aufeinander. Für diese Ausfüh- rungsform eignet sich IMb3Sn als supraleitendes Material für den ersten Hauptspulenabschnitt wegen seiner hohen Feldverträglichkeit besonders gut.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Magnetspulensystem um ein supraleitendes NMR-Magnetspulensystem.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung und Zeichnung Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Magnet spulensystems mit einem ersten Hauptspulenabschnitt mit Nb3Sn-Leiter. Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Magnetspulensystems mit einem ersten Hauptspulenabschnitt mit Nb3Sn-Leiter, der mit einem zweiten Hauptspulenabschnitt auf einem gemeinsamen Spulenkörper gewickelt ist.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Magnet spulensystems mit einem ersten Hauptspulenabschnitt mit NbTi-Leiter, der mit dem HTS-Spulenabschnitt auf einem gemeinsamen Spulenkörper gewickelt ist.

Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Magnet spulensystems mit einem ersten Hauptspulenabschnitt mit Nb3Sn-Leiter und einem zweiten Hauptspulenabschnitt mit NbTi-Leiter. Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Magnetspulensystems mit einem ersten Hauptspulenabschnit mit NbTi-Leiter und einem zweiten Hauptspulenabschnitt mit Nb3Sn-Leiter.

Fig. 6 zeigt ein Balkendiagramm, in dem die Twistlängen von Spulenabschnitten eines erfmdungsgemäßen Magnetspulensystems in radialer Reihenfolge aufgetragen sind.

Fig. 7 zeigt ein Diagramm, in dem die Stromüberhöhung innerhalb der ersten Masche bei einem in einer anderen Masche startenden Quench in Abhängigkeit von der Twistlänge des Leiters des ersten Hauptspulenabschnitts aufgetragen ist.

In den Fig. 1 - 5 sind verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Magnetspulensystems mit einem Schutznetzwerk gezeigt, in dem mehrere elekt- rische Maschen Ml, M2, M3 mit Spulenabschnitten in Serie verschaltet sind. Dargestellt ist die elektrische Verschaltung der verschiedenen Maschen Ml, M2, M3 und deren Spulenabschnitte sowie die räumliche Anordnung der verschiede- nen Spulenabschnitte bzw. der Spulenkörper, auf denen die Spulenabschnitte gewickelt sind, zueinander und zu einer angedeuteten Achse z des Magnetspu lensystems innerhalb einer Halbebene, welche die Achse z beinhaltet.

Die erste Masche MX der gezeigten Ausführungsformen umfasst jeweils einen HTS-Spulenabschnitt AO mit einem Leiter aus HTS-Bandleiter und einen ersten Hauptspulenabschnitt Ai, A mit einem Filamentleiter. Der HTS-Spulenabschnitt AO und der erste Hauptspulenabschnitt Al, Al' sind innerhalb der ersten elektrischen Masche derart in Serie miteinander verschaltet, dass sie im Betrieb gleichsinnig mit Strom durchflossen und gemeinsam von einem ersten Quenchschutze- lement Ql überbrückt/geschützt werden. Der erste Hauptspulenabschnitt Al, A enthält einen Leiter aus einem supraleitenden Material, der im Falle eines in einer beliebigen Masche des Magnetspulensystems startenden Quenchs schnell mit- quencht. Vorzugsweise wird für den ersten Hauptspulenabschnitt Al ein Leiter aus einem Material ausgewählt, das eine kritische Temperatur aufweist, die nied- riger ist als die kritische Temperatur des HTS-Spulenabschnitts AO, typischerweise Nb3Sn oder NbTi. Das Supraleitermaterial des ersten Hauptspulenab- schnitts Al verfügt im Vergleich zum HTS-Bandleiter aus REBCO-Material (RE = rare earth) eine deutlich höhere Quenchausbreitungsgeschwindigkelt. Typische kritische Temperaturen der unterschiedlichen Supraleitermaterialien im Null-Feld (B = 0 T) sind: NbTi ca. 10 K, Nb3Sn ca. 18 K, typische HTS-Bandleiter > 80 K, [05])

Radial außerhalb des ersten Hauptspulenabschnitts Al, A (also weiter entfernt von der Achse z in radialer Richtung r) ist ein Nachbar-Hauptspulenabschnitt A3 der zweiten elektrischen Masche M2 angeordnet. Der Nachbar-Hauptspulen abschnitt A3 ist derjenige Hauptspulenabschnitt einer Masche M2, die nicht die erste Masche Ml ist (also in der kein HTS-Spulenabschnitt AO vorhanden ist), der radial am nächsten zum ersten Hauptspulenabschnitt Al angeordnet ist und sich somit in einem vergleichbar großem Magnetfeld befindet. Radial außerhalb des Nachbar-Hauptspulenabschnitt A3 können weitere Hauptspulenabschnitte A4 vorhanden sein. In den Figuren 1 - 5 ist beispielhaft jeweils ein weiterer Hauptspulenabschnitt A4 dargestellt. Um die Quenchausbreitung zusätzlich zu beschleunigen, wird erfindungsgemäß für den ersten Hauptspulenabschnitt Al, AG ein Leiter verwendet, der einen grö- ßeren spezifischen Leistungseintrag aufweist als der Leiter des Nachbar- Hauptspulenabschnitts A3. Die Hauptspulenabschnitte mit erhöhtem Leistungs- eintrag (erste Hauptspuienabschnitte Al, AG) sind in den Figuren mit Kreuzschraffur versehen. Durch den erhöhten Leistungseintrag entstehen im oben beschriebenen Quenchfall besonders hohe, induktiv erzeugte„Umkoppelverluste", die für eine schnelle Quench-Zündung und Quench-Ausbreitung innerhalb des Leiters des ersten Hauptspulenabschnitts Al sorgen. Auf diese Weise wird eine schnelle Stromabnahme in der ersten Masche M l, in der sich der HTS- Spulenabschnitt AO befindet, ermöglicht. Die Anpassung des gewünschten spezi- fischen Leistungseintrags kann über den Matrixwiderstand oder die Twistlänge des Leiters des ersten Hauptspulenabschnitts Al erfolgen. Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetsystems umfasst der zusammen mit dem HTS-Spulenabschnitt AO in der ersten Masche Ml verschaltete erste Hauptspulenabschnitt Al einen Filamentleiter (nicht gezeigt) aus Nb3Sn. Der HTS-Spulenabschnitt AO und der erste Hauptspulenabschnitt Al sind auf separaten Spuienkörpern gewickelt. Das Wickeln verschiede- ner Spulenabschnitte auf verschiedenen Spulenkörpern ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Leitermaterialien nach dem Wickeln verschiedenen Herstellungsprozessen, z.B. einer speziellen Wärmebehandlung, unterzogen werden müssen. Der erste Hauptspulenabschnitt Al mit seinem gegenüber den Hauptspulenabschnitten der andere Maschen M2, M3 erhöhten spezifischen Leistungseintrag dient in erster Line dazu, im Quenchfall den Quench in der ersten Masche Ml zu beschleunigen. Es ist daher nicht erforderlich, dass der erste Hauptspulenab schnitt Al signifikant zum Magnetfeld beiträgt. Der erste Hauptspulenabschnitt Al kann daher nur wenige Windungen umfassen, welche zusammen mit den Windungen eines zweiten Hauptspulenabschnitts A2 auf einem gemeinsamen Spulenkörper gewickelt sein können. Der zweite Hauptspulenabschnitt kann da bei einen vergleichbaren Leistungseintrag aufweisen wie die Hauptspulenab- schnitte A3, A4 anderer Maschen M2, M3. Eine derartige Ausführungsform ist in Fig. 2 gezeigt. Hier sind der zweite Hauptspulenabschnitt A2 und der erste Hauptspulenabschnitt Al aus demselben Supraleitermaterial (Nb3Sn) gefertigt und auf einem gemeinsamen Spulenkörper gewickelt, wobei sich die beiden Hauptspulenabschnitte Al, A2 durch ihren spezifischen Leistungseintrag unter scheiden. Bspw. können Nb3Sn-Leiter mit unterschiedlichen Twistlängen verwen det werden. Im vorliegenden Beispiel ist der Leiter des ersten Hauptspuienab- schnitts Al direkt auf den Windungen des zweiten Hauptspulenabschnitt (radial außerhalb des zweiten Hauptspulenabschnitts) gewickelt und befindet sich daher in einem weniger ausgelasteten Bereich der ersten elektrischen Masche Ml als der zweite Hauptspulenabschnitt A2 (also in einem Bereich, in dem das Magnetfeld geringer ist als in anderen Bereichen der ersten Masche Ml). Dies ist insbe sondere dann von Vorteil, wenn zur Realisierung des gegenüber den Leitern von Hauptspulenabschnitten A3, A4 der andere Maschen M2, M3 erfindungsgemäßen erhöhten spez. Leistungseintrags ein Leiter mit großer Twistlänge verwendet wird, da die mit einer größeren Twistlänge verbundenen Nachteile (erhöhter

Wärmeeintrag beim Laden) dann weniger stark ins Gewicht fallen.

Wird für den ersten Hauptspulenabschnitt Al ein Leiter aus NbTi gewählt, ist es möglich, den ersten Hauptspulenabschnitt Al und den HTS-Spulenabschnitt AO auf einem gemeinsamen Spulenkörper zu wickeln, wie in Fig. 3 gezeigt.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform, bei der die erste Masche Ml drei Spulenabschnitte AO, Al, A2' aus unterschiedlichen Materialien aufweist, die auf separaten Spulenkörpern gewickelt sind. Neben dem HTS-Spulenabschnitt AO und dem ersten Hauptspulenabschnitt Al mit Nb3Sn-Leiter ist radial außerhalb des ersten Hauptspulenabschnitts Al ein zweiter Hauptspulenabschnitt A2' mit einem NbTi- Leiter angeordnet. Durch den erhöhten spezifischen Leistungseintrag des ersten Hauptspulenabschnitts Al (bspw. durch eine gegenüber den Hauptspulenab- schnitten A3, A4 der andere Maschen M2, M3 erhöhte Twistlänge) einerseits und der niedrigen kritischen Temperatur des NbTi-Leitermaterial des zweiten Hauptspulenabschnitts A2 andererseits wird im Quenchfali eine besonders schnelle Quench-Zündung in der ersten Masche Ml erreicht. In diesem Fall grenzt der Nachbar-Hauptspulenabschnitt A3 nicht direkt an den ersten Haupt- spulenabschnitt Al an, da zwischen dem ersten Hauptspulenabschnitt Al und dem Nachbar-Hauptspulenabschnitt A3 der zweite Hauptspulenabschnitt A2' der ersten Masche angeordnet ist.

Fig. 5 zeigt eine ähnliche Ausführungsform, bei der ebenfalls drei Spulenabschnitte AO, AG, A2 aus unterschiedlichen Materialien in der ersten Masche Ml verschaltet sind. Im Gegensatz zu der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform handelt es sich jedoch bei dem Hauptspulenabschnitt aus NbTi um den ersten Haupt- spulenabschnitt A und bei dem Hauptspulenabschnitt aus Nb3Sn um den zwei ten Hauptspulenabschnitt A2. Der Nb3Sn-Hauptspulenabschnitt dient hier nicht der Quenchbeschleunigung, sondern lediglich als„Abstandshalter", um den NbTi- Hauptspulenabschnitt in einem schwächeren Magnetfeld zu positionieren. Fig. 6 zeigt ein Balkendiagramm, in dem die typischen Twistlängen von Spulen abschnitten eines erfindungsgemäßen Magnetspulensystems in radialer Abfolge aufgetragen sind. Bei dem Magnetspulensystem, das dem Diagramm aus Fig. 6 zugrunde liegt, ist der erste Hauptspulenabschnitt Al zusammen mit einem zweiten Hauptspulenabschnitt A2 auf einen gemeinsamen Spulenkörper gewickelt. Darüber hinaus ist radial zwischen dem HTS-Spulenabschnitt AO und dem Spu lenkörper mit den ersten Hauptspulenabschnitt Al ein zusätzlicher zweiter Hauptspulenabschnitt A2 vorgesehen. Der erste Hauptspulenabschnitt Al und die zweiten Hauptspulenabschnitte A2 weisen jeweils Leiter aus Nb3Sn auf. Der Nachbar-Hauptspulenabschnitt A3 weist im vorliegenden Fall auch einen Nb3Sn- Leiter auf. Im vorliegenden Beispiel sind die Twistlängen der zweiten Hauptspulenabschnitte A2, des Nachbar-Hauptspulenabschnitts A3 und der radial inneren weiteren Hauptspulenabschnitte A4 gleich groß. Dies ist jedoch nicht unbedingt erforderlich. Entscheidend ist lediglich, dass die Twistlänge des ersten Hauptspulenabschnitts Al größer ist als die Twistlänge des Nachbar-Hauptspulenabschnitts A3. Im vorliegenden Fall ist die Twistlänge des ersten Hauptspulenabschnitts Al sogar größer als die aller anderen Hauptspulenabschnitte. Fig. 7 zeigt für ein erfindungsgemäß realisiertes Magnetspulensystem einen si- mulierten Zusammenhang zwischen Stromüberhöhung in der ersten elektrischen Masche Ml und der Twistlänge, die für den Leiter des ersten Hauptspulenab schnitts Al gewählt wurde. Das der Simulation zugrunde liegende Schutznetz- werk umfasst sieben elektrische Maschen. Die erste Masche enthält den HTS- Spulenabschnitt und einen Nb3Sn-Hauptspuienabschnitt als ersten Hauptspulen abschnitt Al. Für Letzteren wird die Twistlänge variiert. Für die Simulation wur den die Quenche beispielhaft in der zweiten bzw. vierten Masche gestartet. Für Hauptspulenabschnitte in aus dem Stand der Technik bekannten Magnetspulen- Systemen werden üblicherweise Leiter mit Twistlängen von 100 - 200 mm verwendet. Das Diagramm aus Fig. 4 zeigt deutlich, dass mit größeren Twistlängen, insbesondere Twistlängen über 200 mm, deutlich kleinere Stromüberhöhungen in der ersten Masche erreicht werden können. Die Idee der Erfindung ist also, den kritischen (weil spät und langsam quenchen- den) HTS-Spulenabschnitt innerhalb des Magnetspulensystems mit einem schnell quenchenden und in der Schutznetzwerksmasche (erste Masche) vorzugsweise räumlich unmittelbar benachbarten (radial folgenden) Hauptspulenabschnitt ge meinsam zu schützen. Dies kann mit einem geringen konstruktiven Aufwand er- reicht werden. Um das Mitquenchen des ersten Hauptspulenabschnitts in der ers- ten Masche zusätzlich zu beschleunigen, wird für den ersten Hauptspulenabschnitt ein Leiter mit (gegenüber anderen Hauptspulenabschnitten anderer Ma schen) verringertem Matrixwiderstand und/oder erhöhter Twistlänge verwendet, was für eine schnelle Quenchauslösung sorgt, falls der Quench in einer anderen als der ersten Masche startet.

Bezuqszeichenliste AO HTS-Spulenabschnitt

Al erster Hauptspulenabschnitt mit Nb3Sn-Leiter

AG erster Hauptspulenabschnitt mit NbTi-Leiter

A2 zweiter Hauptspulenabschnitt mit Nb3Sn-Leiter A2’ zweiter Hauptspulenabschnitt mit NbTi-Leiter

A3 Nachbar-Hauptspulenabschnitt

A4 weiterer Hauptspulenabschnitt

Ml erste elektrische Masche umfassend den HTS-Spulenabschnitt und den ersten Hauptspulenabschnitt

M2 erste elektrische Masche umfassend den Nachbar-Hauptspulenabschnitt und ggf. weitere Hauptspulenabschnitte

M3 weitere elektrische Masche umfassend weitere Hauptspulenabschnitte Ql Quenchschutzelement der ersten Masche

Q2 Quenchschutzelement der zweiten Masche

Literaturliste

[01] Martin N. Wilson

„Superconducting Magnets"

Oxford Science Publications, 1989, S.226 ff

[02] DE 10 2009 029 379

[03] US-7649720-B2

[04] US 2017/0186520 Al

[05] Peter Komarek

„Hochstromanwendung der Supraleitung"

Teubner Stuttgart 1995

[06] Martin Wilson

"Lecture 2: Magnetization, AC Lösses and Filamentary Wires"

Pulsed Superconducting Magnets' CERN Academic Training May 2006 https://indico.cern.ch/event/429134/attachments/923303/1306387/CER

N_06Ject_2.pdf

Claims

Patentansprüche Supraleitendes Magnetspulensystem mit einer ersten elektrischen Masche (Ml) und einer zweiten elektrischen Masche (M2), die in Serie miteinander verschaltet sind,

wobei die erste elektrische Masche (Ml) in einem ersten Pfad einen HTS- Spulenabschnitt (AO) und in Serie dazu einen ersten Hauptspulenabschnitt (Al; A ) und in einem zweiten Pfad ein Quenchschutzelement (Ql) umfasst, das die Serienschaltung von HTS-Spulenabschnitt (AO) und erstem Hauptspulenabschnitt (Al; AG) überbrückt,

wobei der erste Hauptspulenabschnitt (Al; A ) einen Leiter mit supraleitenden Filamenten in einer Matrix umfasst,

wobei die zweite elektrische Masche (M2) einen Nachbar-Hauptspulenabschnitt (A3) mit einem Leiter mit supraleitenden Filamenten in einer Mat- rix umfasst, wobei der Nachbar-Hauptspulenabschnitt (A3) innerhalb des

Magnetspulensystems derjenige Hauptspuienabschnitt ist, der von allen Hauptspulenabschnitten einer anderen als der ersten elektrischen Masche (Ml) in radialer Richtung nach außen dem ersten Hauptspulenabschnitt (Al; A ) der ersten elektrischen Masche (Ml) am nächsten liegt,

dadurch gekennzeichnet,

dass im Quenchfall die Leiter der Hauptspulenabschnitte (Al; AG, A2; A2', A3) jeweils einen spezifischen Leistungseintrag (LT /2TT)² * 1/p_M erzeugen, mit

LT = Twistlänge des Leiters mit supraleitenden Filamenten

p_M = spezifischer elektrischer Widerstand der Matrix des Leiters (in transversaler Richtung), in der die supraleitenden Filamente eingebettet sind,

wobei der spezifische Leistungseintrag des Leiters des ersten Hauptspulenabschnitts der ersten elektrischen Masche (Ml) höher ist als der spezifische Leistungseintrag des Leiters des Nachbar-Hauptspulenabschnitts (A3) der zweiten elektrischen Masche (M2).

2. Supraleitendes Magnetspulensystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, dass der erste Hauptspulenabschnitt (Al; AG) derjenige Hauptspulenabschnitt ist, der innerhalb des Magnetspulensystems den höchsten spezifische Leistungseintrag von allen Hauptspulenabschnitten (A4) erzeugt, die Leiter aus demselben supraleitenden Material wie der Leiter des ersten Hauptspulenabschnitt umfassen.

3. Supraleitendes Magnetspulensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge- kennzeichnet, dass der erste Hauptspulenabschnitt (Al; Al') derjenige Hauptspulenabschnitt ist, der innerhalb des Magnetspulensystems den höchsten spezifische Leistungseintrag erzeugt.

4. Supraleitendes Magnetspulensystem nach einem der vorhergehenden An- sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der spezifische elektrische Widerstand der Matrix des ersten Hauptspulenabschnitts (Al; AG) niedriger ist als der spezifische elektrische Widerstand der Matrix des Nachbar- Hauptspulenabschnitts (A3).

5. Supraleitendes Magnetspulensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Twistlänge des Leiters des ers ten Hauptspulenabschnitts (Al; AG) größer ist als die Twistlänge der Fila- mente des Nachbar-Hauptspulenabschnitts (A3).

6. Supraleitendes Magnetspulensystem nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Twistlänge der Filamente des ersten Hauptspulenabschnitts (Al; Al') mindestens um einen Faktor 1.5, vorzugsweise um einen Faktor 2 größer ist als die Twistlänge der Filamente des Nachbar-Hauptspulenabschnitts (A3).

7. Supraleitendes Magnetspulensystem nach einem der vorhergehenden An- sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Twistlänge der Filamente des ersten Hauptspulenabschnitts (Al; AG) im Bereich 150 mm - 400 mm, insbesondere im Bereich 200 mm - 400 mm liegt.

8. Supraleitendes Magnetspulensystem nach einem der vorhergehenden An- sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das supraleitende Material des ersten Hauptspulenabschnitts (Al; AG) ein Bi-Supraleitermaterial, insbesonde re BΪ2212 oder ein LTS-Material, vorzugsweise NbTi oder Nb3Sn umfasst.

9. Supraleitendes Magnetspulensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter des ersten Hauptspulen abschnitts (Al; A ) ein verstärkter Nb3Sn-Leiter ist.

10. Supraleitendes Magnetspulensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste elektrische Masche (Ml) einen zweiten Hauptspulenabschnitt (A2; A2') mit einem Leiter mit supraleitenden Filamenten in einer Matrix umfasst, dessen spezifischer Leistungs eintrag höchstens so groß ist wie der spezifische Leistungseintrag des Lei- ters des ersten Hauptspulenabschnitts (Al; Al'), vorzugsweise kleiner ist als der spezifische Leistungseintrag des Leiters des ersten Hauptspulenabschnitts (Al; AG).

11. Supraleitendes Magnetspuiensystem nach Anspruch 10, dadurch gekenn zeichnet, dass der erste Hauptspulenabschnitt (Al; A ) radial weiter außen angeordnet ist ais der zweite Hauptspulenabschnitt (A2; A2').

12. Supraleitendes Magnetspulensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der HTS-Spulenabschnitt (A0) und der erste Hauptspulenabschnitt (Al; AG) in der räumlichen Anordnung radial benachbart sind.

13. Supraleitendes Magnetspulensystem nach einem der vorhergehenden An- Sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um ein supraleitendes NMR-

Magnetspulensystem handelt.