DE102005029153B4

DE102005029153B4 - Vefahren zum Test eines Supraleiters unter erhöhter Stromauslastung in einem aktiv abgeschirmten supraleitenden NMR-Serienmagneten

Info

Publication number: DE102005029153B4
Application number: DE102005029153A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr. Dipl.-Phys. Frantz; Robert Dipl.-Phys. Schauwecker
Original assignee: Bruker Biospin GmbH
Current assignee: Bruker Biospin GmbH
Priority date: 2005-06-23
Filing date: 2005-06-23
Publication date: 2007-09-27
Anticipated expiration: 2025-06-24
Also published as: GB2427702B; GB0612511D0; US7368911B2; GB2427702A; US20080084207A1; DE102005029153A1

Abstract

Verfahren zum Testen eines neuen Supraleiters durch Laden einer im Betrieb über einen supraleitenden Hauptschalter (4) supraleitend kurzgeschlossenen aktiv abgeschirmten Magnetspulenanordnung (20), die im supraleitenden Kurzschlussbetrieb einen Standard-Sollstrom aufweist, wobei die Magnetspulenanordnung (20) mindestens einen ersten und einen zweiten Testbereich (21, 22) umfasst, mit folgenden Verfahrensschritten:
– Einsetzen eines zu testenden Supraleiters im ersten Teilbereich (21) mit gegenüber einem Standardsupraleiter für diesen ersten Teilbereich (21) nominell erhöhter Stromtragfähigkeit anstelle des Standardsupraleiters,
– Laden und supraleitendes Kurzschließen der beiden Teilbereiche (21, 22) derart, dass am Ende des Ladevorgangs eine nicht verschwindende Stromdifferenz zwischen den beiden Teilbereichen (21, 22) eingestellt ist, mit einer höheren Strombelastung im zu testenden neuen Supraleiter des ersten Teilbereichs (21) und wobei der Standard-Sollstrom im zweiten Teilbereich (22) der Magnetspulenanordnung (20) nicht überschritten wird,
– Messen der zeitlichen Magnetfeldänderung mittels einer NMR-Probe im Zentrum (6) der Magnetspulenanordnung (20) zur Charakterisierung des neuen Supraleiterdrahts.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Testen eines neuen Supraleiterdrahtes durch Laden einer aktiv abgeschirmten Magnetspulenanordnung, die einen ersten Teilbereich umfasst, der mittels eines Zusatzschalters supraleitend kurzschließbar ist. In diesem ersten Teilbereich wird ein Supraleiter verwendet, der unter erhöhter Stromauslastung getestet werden soll ohne das der Supraleiter im zweiten Teilbereich diese erhöhte Stromauslastung erfährt. Für die beiden Teilbereiche werden jeweils Betriebsströme bestimmt, bei denen im ersten Teilbereich die gewünschte Stromüberhöhung vorliegt und das Gesamtfeld B_o nur unwesentlich vom standardmäßigen Betriebsfeld der Magnetspulenanordnung abweicht. Diese Betriebsströme werden unter Berücksichtigung der induktiven Kopplung der Teilbereiche durch Laden zunächst der gesamten Magnetspulenanordnung, und nach Schließen des Zusatzschalters durch Fortsetzung des Lade- oder Entladevorgangs nur im zweiten Teilbereich eingestellt. Dadurch kann ein Supraleitertest unter NMR-Bedingungen auf kostengünstige Weise in einem NMR-Serienmagneten durchgeführt werden.
Hintergrund der Erfindung:
Ein wesentliches Problem beim Bau eines supraleitenden NMR(Nuclear Magnetic Resonance)-Magneten mit höchster zeitlicher Feldstabilität ist die richtige Auslastung des supraleitenden Drahtes im Magneten. Der NMR-Magnet sollte möglichst klein und kompakt sein um Kosten zu sparen. Um dies zu erreichen muss der supraleitende Draht (Supraleiter) mit möglichst hohem Strom ausgelastet werden. Allerdings darf der Strom auch nicht zu groß gewählt werden, da sonst der in einem technischen Supraleiter nie völlig zu vermeidende Widerstand des Supraleiters und damit verbunden die Stromabnahme im Magneten, also die Magnetfelddrift, zu groß werden würden. Die Magnetfelddrift wird für NMR-Magnete, wie die Feldstärke selbst, auf die zum Magnetfeld proportionale Resonanzfrequenz des Wasserstoffkerns (Protons) bezogen. Bei NMR-Magneten liegt die spezifizierte maximal zulässige Felddrift in der Größenordnung 0.01 ppm/h. Dies bedeutet für einen 800 MHz-Magneten eine spezifizierte Drift von 8 Hz/h. Wie bereits ein einfaches Rechenbeispiel zeigt, kann kein supraleitender NMR-Magnet mit dieser Spezifikation bei einem Strom betrieben werden, der dem kritischen Strom des verwendeten Supraleiters entspricht. Laut allgemein akzeptierter Definition ist der kritische Strom erreicht, wenn der Spannungsabfall über einem Zentimeter des Supraleiters 0.1 μV beträgt. Wird das Magnetfeld, in dem sich der Supraleiter befindet, erhöht, dann nimmt der kritische Strom ab. Bei einer in einem Höchstfeldmagneten verwickelten Leiterlänge von typischerweise 100 km genügt es bereits eine Leiterlänge von 1 km in einem Magnetfeldbereich zu betreiben, für den der Magnetstrom dem kritischen Strom des Supraleiters entspricht, um einen sehr stark driftenden Magneten zu erhalten: die am Magneten anliegende Entladespannung betrüge in diesem Fall 0.01V. Offensichtlich muss der Magnetstrom deutlich unter dem kritischen Strom des Supraleiters liegen. Liegt der Magnetstrom jedoch zu niedrig, benötigt der Magnet zu viele Windungen um das geforderte Feld zu erreichen und wird damit zu groß und zu teuer.
Bei der Bestimmung des richtigen Magnetstroms kommt erschwerend hinzu, dass der Spannungsabfall, den der Supraleiter pro Zentimeter haben darf, damit der gesamte Magnet nicht driftet, so klein ist, dass er messtechnisch im Rauschen nicht mehr aufgelöst werden kann. Der Spannungsabfall über einem vom Betriebsstrom durchflossenen supraleitenden Magneten, und damit dessen Magnetfelddrift, kann also nicht aus der Messung an einem kurzen, vom Magnetstrom durchflossenen Supraleiterstück abgeleitet werden. Eine höchstauflösende Spannungsmessung über der gesamten, auf dem Spulenkörper aufgewickelten Leiterlänge ist ebenfalls nicht möglich.
Ein alternatives Verfahren wäre der Einbau des zu testenden Supraleiters in einen bestehenden Magneten aus der Serienfertigung. In diesem Fall könnte der Leiter unter NMR-Bedingungen getestet werden. Allerdings mit zwei entscheidenden Einschränkungen. Erstens: wird die Leiterdimension (Leiterquerschnitt) aus dem Serienmagneten übernommen, dann kann der neue Leitertyp nicht stärker ausgelastet werden als der Standardleiter aus dem Serienmagneten. Das höhere Potenzial des neuen Leiters kann also nicht getestet werden. Zweitens: verwendet man für den neuen Leitertyp einen geringeren Leiterquerschnitt dann kann der Leiter zwar bezüglich der Stromdichte stärker ausgelastet werden, allerdings muss die Konstruktion des Spulenkörpers aus dem Serienmagneten vollständig geändert und an die neue Leiterdimension angepasst werden, was mit hohem konstruktiven Aufwand und Kosten verbunden wäre. Würde der Leiter die Erwartungen nicht erfüllen und wäre deshalb im Serienmagneten zu stark ausgelastet, dann könnte dieser Magnet nicht ausgeliefert werden.

Aus DE 103 31 610 B3 ist ein Verfahren zum Laden einer Magnetanordnung bekannt, die einen ersten Teilbereich umfasst, der mittels eines Zusatzschalters supraleitend kurzschließbar ist, und mit einem zweiten Teilbereich, wobei die beiden Teilbereiche in einem Untersuchungsvolumen des Gradienten zweiter Ordnung mit unterschiedlichen Vorzeichen erzeugen. Ein Magnetfeldprofil wird nahe dem angestrebten Betriebszustand der Magnetanordnung vermessen, und für die beiden Teilbereiche werden jeweils Betriebströme bestimmt, bei denen das Gesamtmagnetfeld im Untersuchungsvolumen frei von einem Magnetfeldgradienten zweiter Ordnung ist. Diese Betriebsströme werden unter Berücksichtigung der induktiven Kopplung der Teilbereiche durch Laden zunächst der gesamten Magnetanordnung und nach Schließen des Zusatzschalters durch Fortsetzung des Vorgangs nur im zweiten Teilbereich eingestellt. Dadurch kann die Magnetfeldhomogenität der Magnetanordnung auf einfache und kostengünstige Weise verbessert werden.

Aufgabe der Erfindung:

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die NMR-Tauglichkeit eines neuen Supraleitertyps mit NMR-Empfindlichkeit in einem NMR-Magneten aus der Serienproduktion zu testen, ohne zusätzlichen konstruktiven Aufwand und bei geringem Risiko den getesteten Supraleiter austauschen, d.h. den Serienmagneten reparieren zu müssen. Dazu muss der zu testende neue Supraleitertyp, der beispielsweise eine höhere Stromtragfähigkeit besitzen soll als der Standardsupraleiter, die gleichen Abmessungen besitzen wie jener Leiter, der im Serienmagneten ersetzt wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Das Verfahren ermöglicht den Test des neuen Supraleiters unter – gegenüber dem Serienmagneten – erhöhter Strom- bzw. Stromdichteauslastung, bei gleichzeitiger Kontrolle der Magnetfeldstabilität (Magnetfelddrift) auf NMR-Niveau. Der Supraleitertest kann in einem bis auf einen supraleitenden Zusatzschalter unveränderten Serienmagneten durchgeführt werden: die Konstruktion der Spulenkörper bleibt unverändert, da die gleiche Leiterdimension verwendet wird. Nach dem Test kann der Magnet mit dem neuen Supraleitertyp ausgeliefert und standardmäßig betrieben werden. Auch wenn der neue Leitertyp die höheren Erwartungen nicht erfüllt, kann der Magnet solange ausgeliefert werden, solange der Leiter nicht schlechter ist als der im Serienmagneten üblicherweise bisher eingesetzte Standardleiter.

Kurze Beschreibung der Erfindung:

Die oben beschriebene Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Testen eines neuen Supraleiterdrahts durch Laden einer im Betrieb über einen supraleitenden Hauptschalter supraleitend kurzgeschlossenen Magnetspulenanordnung, die bei einem Betriebsstrom I₀ in ihrem Zentrum ein in einer z-Richtung verlaufendes, homogenes und zeitlich stabiles Magnetfeld B₀ erzeugt, und die mindestens einen ersten und einen zweiten Teilbereich umfasst, wobei zumindest der erste Teilbereich separat über einen supraleitenden Zusatzschalter supraleitend kurzgeschlossen werden kann, und wobei der erste Teilbereich anstelle eines Standarddrahts den zu testenden neuen Supraleiterdraht enthält, mit folgenden Verfahrensschritten:

(a) Ermitteln einer an den zu testenden Supraleiterdraht angepassten, im ersten Teilbereich einzustellenden Stromüberhöhung ΔI⁽¹⁾*, die zu einem über dem Betriebsstrom I_o liegenden Strom von I⁽¹⁾* = I_o + ΔI⁽¹⁾* führt;
(b) Berechnen eines Stromstärkewertes I₁ durch die gesamte Magnetspulenanordnung, bei dem der Zusatzschalter über dem ersten Teilbereich geschlossen werden soll, sowie eines zweiten Stromstärkewertes I₂ des nicht mit dem Zusatzschalter kurzschließbaren zweiten Teilbereichs, bei dem der Hauptschalter geschlossen werden soll; derart, dass unter Berücksichtigung der Gegeninduktivität zwischen den beiden Teilbereichen nach dem Erreichen von I₂ im zweiten Teilbereich eine Stromverteilung vorliegt gemäß I⁽¹⁾* = I₁ + ΔI⁽¹⁾ und I⁽²⁾ = I₂ = I₁ + ΔI⁽²⁾ und das zu erzielende Magnetfeld B₀ vorliegt;
(c) Laden der Magnetspulenanordnung auf den Strom I₁ mit geöffnetem Hauptschalter und Zusatzschalter;
(d) Schließen des Zusatzschalters bei Erreichen von I₁;
(e) Weiterladen der Magnetspulenanordnung bei geschlossenem Zusatzschalter und offenem Hauptschalter bis I₂;
(f) Schließen des Hauptschalters bei Erreichen von I₂, wobei I₁ zeitlich vor I₂ erreicht wird;
(g) Messen der zeitlichen Magnetfeldänderung (Drift) mittels einer NMR-Probe im Zentrum der Magnetspulenanordnung zur Charakterisierung des neuen Supraleiterdrahts.

Die zentrale Idee der Erfindung liegt darin, die Magnetspulenanordnung, in mindestens einen ersten und einen zweiten Teilbereich zu unterteilen. Wobei im ersten Teilbereich ein supraleitender Draht verwickelt wird, dessen NMR-Tauglichkeit unter – gegenüber dem Betriebsstrom des Standardmagneten – erhöhter Stromauslastung geprüft werden soll. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird am Ende des Ladevorgangs eine nicht verschwindende Stromdifferenz in Höhe von ΔI⁽²⁾ – ΔI⁽¹⁾ zwischen den beiden Teilbereichen eingestellt, die es ermöglicht eine höhere Strombelastung im zu testenden Supraleiter des ersten Teilbereichs einzustellen und gleichzeitig die Standardsupraleiter im zweiten Teilbereich der Magnetspulenanordnung strommäßig nicht stärker zu belasten als im Standardmagneten aus der Serienfertigung. Im Anschluss an das erfindungsgemäße Verfahren kann die zeitliche Feldstabilität der Magnetspulenanordnung durch Messung des NMR-Signals geprüft werden. Nach erfolgreichem Test des Supraleiters kann die Magnetspulenanordnung beim Kunden auf den Standardstrom geladen werden und erreicht, bei offenem Zusatzschalter und ohne Stromüberhöhung im ersten supraleitend kurzschließbaren Teilbereich, das spezifizierte Magnetfeld, da der zu testende Supraleiter die gleiche Dimension besitzt wie der durch ihn ersetzte Standardsupraleiter. Der getestete Supraleiter kann also nach dem Test im Magnet verbleiben und der Magnet ist ohne zusätzliche Maßnahmen beim Kunden installierbar. Auch für den Fall, dass der im ersten Teilbereich mit erhöhtem Strom belastete Supraleiter den Test nicht besteht, die Magnetspulenanordnung also das verlangte Driftkriterium nicht erfüllt, kann der Magnet ausgeliefert werden, solange der Standardstrom der Magnetspulenanordnung im zu testenden Supraleiter zu keiner erhöhten Drift führt. Das erfindungsgemäße Verfahren benötigt für den Test nur ein einziges Netzgerät zum Laden der gesamten Magnetspulenanordnung, was Kosten spart.

Vorteilhafte Varianten

Bevorzugt wird eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem nach Schritt (f) die Verbindung zwischen dem Netzgerät und der Magnetspulenanordnung getrennt wird. Dadurch wird das Netzgerät entlastet und die Betriebskosten der Magnetspulenanordnung werden gesenkt.

Besonders bevorzugt ist eine Verfahrensvariante, bei der die Magnetspulenanordnung einen Ergänzungsschalter aufweist, mit dem der zweite Teilbereich, der nicht durch den Zusatzschalter kurzschließbar ist, separat supraleitend kurzschließbar ist. Dadurch kann die Magnetspulenanordnung flexibler beim Ladevorgang gehandhabt werden, etwa durch die freie Wahl des zuerst kurzzuschließenden Teilbereichs.

Eine Ausgestaltung dieser Variante sieht vorteilhaft vor, dass nach Schritt (f) der Ergänzungsschalter geschlossen wird. Dadurch wird der Wärmeeintrag in das Kühlmedium, i. a. in das Helium (He)-Bad und damit der He-Verbrauch reduziert, da ein Offenhalten eines Schalters üblicherweise mit einem durch einen Heizer bedingten Wärmeeintrag verbunden ist.

Ebenso bevorzugt ist eine Verfahrensvariante, bei der gilt M/L⁽¹⁾ > 10^–4, wobei M die induktive Kopplung zwischen den beiden supraleitenden Teilbereichen beschreibt und L⁽¹⁾ die Eigeninduktivität des supraleitend kurzschließbaren ersten Teilbereichs. Wird der Faktor ausreichend groß gewählt, kann die Stromänderung ΔI⁽²⁾ im zweiten Teilbereich klein gehalten werden, was die Verfahrensdauer verkürzt und den Strom im zweiten Teilbereich nahe am Betriebsstrom des Serienmagneten hält. Damit bleibt gleichzeitig die Auslastung im zweiten Teilbereich der Magnetspulenanordnung nahe an der des serienmäßigen Betriebszustandes.

Ganz besonders bevorzugt ist eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der die Magnetspulenanordnung derart in zwei Teilbereiche unterteilt ist, dass die Zusatzströme ΔI⁽¹⁾ und ΔI⁽²⁾ in den beiden Teilbereichen gegenüber dem standardmäßigen Betrieb der Magnetspulenanordnung zu möglichst kleinen Feldänderungen führt. Der zweite Teilbereich soll möglichst keine Feldüberhöhung erfahren, damit der darin eingesetzte Leiter nicht stärker ausgelastet wird als im standardmäßigen Betrieb des Serienmagneten. Gleichzeitig soll nach dem Erreichen von I₂ der zusätzlich supraleitend kurzgeschlossene erste Teilbereich in einem Magnetfeldbereich liegen, der dem des standardmäßigen Betriebs des Serienmagneten entspricht um den zu testenden supraleitenden Draht, der nach Verfahrensschritt (f) eine größere Stromauslastung erfährt als im Standardbetrieb, in einem Magnetfeld zu testen, das gegenüber dem standardmäßigen Betrieb möglichst nicht reduziert ist. Um dies zu gewährleisten sollen die Feldhübe (b⁽¹⁾, b⁽²⁾) und die Zusatzströme (ΔI⁽¹⁾, ΔI⁽²⁾) der beiden Teilbereiche näherungsweise der folgenden Beziehung gehorchen: |b⁽¹⁾/b⁽²⁾| = |ΔI⁽¹⁾/ΔI⁽²⁾|. Mit dieser Forderung wird sichergestellt, dass die Feldänderungen in den beiden Teilbereichen betragsmäßig gleich groß sind: B⁽¹⁾ = b⁽¹⁾·ΔI⁽¹⁾ = –B⁽²⁾ = –(b⁽²⁾·ΔI⁽²⁾) und damit das Magnetfeld im Zentrum der Magnetspulenanordnung nach dem Verfahrensschritt (f) unverändert bleibt.

Bei einer vorteilhaften Verfahrensvariante ist weiterhin vorgesehen, dass bei geschlossenem Zusatzschalter im Betrieb gilt I₁ > I₂. In diesem Fall kann für einen kurzgeschlossenen ersten Teilbereich der Magnetspulenanordnung und einer positiven induktiven Kopplung zwischen dem ersten und dem zweiten Teilbereich eine Stromüberhöhung im ersten Teilbereich induziert werden.

Alternativ kann bei einer Verfahrensvariante vorgesehen sein, dass bei geschlossenem Zusatzschalter im Betrieb gilt I₁ < I₂. In diesem Fall kann für einen kurzgeschlossenen ersten Teilbereich der Magnetspulenanordnung und einer negativen induktiven Kopplung zwischen dem ersten und dem zweiten Teilbereich eine Stromüberhöhung im ersten Teilbereich induziert werden.

Eine weitere bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Lage des mit einem Zusatzschalter versehenen ersten Teilbereichs so gewählt wird, dass die Zeitkonstante, die das Abklingverhalten des Magnetfeldes im Zentrum der Magnetspulenanordnung bestimmt eine empfindliche Driftmessung ermöglicht. Beispielsweise kann der erste Teilbereich so gewählt werden, dass die Resistivität in diesem ersten Teilbereich eine Magnetfelddrift bewirkt, die im Falle des kurzgeschlossenen ersten Teilbereichs 10-fach größer ist als für den Fall, dass der erste Teilbereich nicht supraleitend kurzgeschlossen ist. Um eine solche Verstärkung zu erzielen, müssen die Teilbereiche so ausgelegt werden, dass der Ausdruck (L⁽¹⁾·L⁽²⁾ – M) möglichst klein wird.

Alternativ können die beiden Teilbereiche so gewählt werden, dass die Drift, die aus dem kurzgeschlossenen, möglicherweise resistiven, ersten Teilbereich resultiert, gerade nicht (bzw. mit einem Faktor 1) verstärkt wird. In diesem Fall ist die Drift der gesamten Magnetanordnung dieselbe, egal ob der erste Teilbereich kurzgeschlossen ist oder nicht. Dadurch reduziert sich das Risiko, dass eine kleine Resistivität im zu testenden Supraleiter des ersten Teilbereichs zu einer Drift der Magnetspulenanordnung verstärkt wird, die außerhalb der Spezifikation des Serienmagneten liegt.

Eine vorteilhafte Verfahrensvariante verwendet den supraleitenden Zusatzschalter über dem zweiten Teilbereich der Magnetspulenanordnung, welche definitionsgemäß keinen zu testenden Supraleiter enthält. In diesem Fall kann der mit dem zu testenden Supraleiter versehene erste Teilbereich mit dem Netzgerät auf den gewünschten Zielstrom geladen werden. Durch rechtzeitiges Schließen des Zusatzschalters über dem zweiten Teilbereich wird sichergestellt, dass der Supraleiter aus dem zweiten Teilbereich nicht über seine standardmäßige Auslastung hinaus überlastet wird.

In Ausgestaltung dieser Verfahrensvariante ist es besonders bevorzugt, wenn die beiden Teilbereiche induktiv entkoppelt sind. Damit wird das Einstellen des Stroms im zu testenden Supraleiter besonders einfach. Das Lösen von gekoppelten Differentialgleichungen zur Berücksichtigung der Kopplung bei der Bestimmung der Zusatzströme entfällt.

Besonders bevorzugt ist eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der die Magnetspulenanordnung neben dem ersten und dem zweiten Teilbereich mindestens einen weiteren dritten Teilbereich aufweist, der mittels eines weiteren Zusatzschalters separat supraleitend kurzschließbar ist. Der dritte Teilbereich macht die Magnetspulenanordnung flexibler. Der zusätzliche Teilbereich kann beispielsweise dazu benutzt werden, einen weiteren supraleitenden Draht eines anderen Leitertyps in der Magnetspulenanordnung zu testen. Beispielsweise kann im ersten Teilbereich ein Supraleiter aus Nb₃Sn-Material und im neu hinzugekommenen Teilbereich ein Supraleiter aus NbTi getestet werden. Oder mittels des dritten Teilbereichs kann die Feldhomogenität im Zentrum der Magnetspulenanordnung am Ort der NMR-Probe verbessert werden.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Detailbeschreibung 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.

Zeichnung:
1: zeigt eine Magnetspulenanordnung mit Abschirmsektion und Restmagnet nach dem Stand der Technik.
2: zeigt eine Magnetspulenanordnung mit einem ersten und einem zweiten Teilbereich mit Zusatzschalter und Hauptschalter zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei der erste Teilbereich allein die Wicklung des zu testenden Supraleiters enthält.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die Methoden der NMR(Nuclear Magnetic Resonance)-Spektroskopie stellen extrem hohe Anforderungen an die zeitliche Stabilität der gemessenen Resonanzfrequenz und damit an die zeitliche Stabilität des Magnetfeldes der supraleitenden Magnetspulenanordnung, in deren Zentrum sich die zu untersuchende Probe befindet, deren Resonanzfrequenz proportional zum Magnetfeld ist. Die spezifizierte zeitliche Frequenzstabilität beträgt beispielsweise für einen 18.9 Tesla Magneten mit einer Resonanzfrequenz für Wasserstoffkerne von 800 MHz 8 Hz/h.
Um diese Stabilität zu erreichen, müssen die Spulen dieser NMR-Magnete mit supraleitendem Draht gewickelt und im Kurzschluss („persistent mode") betrieben werden. Um diese hohe zeitliche Stabilität zu gewährleisten, dürfen allerdings auch die supraleitenden Drähte (Supraleiter) im Magnetfeld der Magnetspulenanordnung nicht zu stark ausgelastet werden: für das Magnetfeld, in dem der Supraleiter arbeitet, darf der Magnetstrom nicht zu groß gewählt werden. Dies bedeutet, dass der kritische Strom des Supraleiters, also der Strom, bei dem in einem gegebenen äußeren Magnetfeld der supraleitende definitionsgemäß in den normalleitenden Zustand übergeht, deutlich über dem Betriebsstrom des Magneten liegen muss. Da der Supraleiter physikalisch durch die Stromdichte (Strom pro Leiterquerschnittsfläche) beschrieben wird, könnte man sich dadurch behelfen, dass man einen möglichst dicken Leiter einsetzt um bei dem gegebenen Betriebsstrom des Magneten die Stromdichte im Supraleiter klein zu halten. Auf diese Weise erhielte man allerdings einen sehr großen Magneten, der alle damit verbundenen Nachteile besitzen würde: hohe Kosten, hohe Energie, die beim plötzlichen Übergang vom supraleitenden in den normalleitenden Zustand aus dem Magneten ausgeleitet werden muss, große Kräfte, etc.. Daher muss versucht werden, den Supraleiter mit einer möglichst hohen Stromdichte zu belasten, ohne dass die damit verbundene Resistivität die zeitliche Stabilität des Magnetfeldes zu stark beeinträchtigt.
Die 1 zeigt im Querschnitt eine Hälfte einer Magnetspulenanordnung 1, wie sie im Stand der Technik in der NMR-Spektroskopie eingesetzt wird. Die Magnetspulenanordnung 1 besteht im Wesentlichen aus einem Hauptfeldteil 2 und einem Abschirmteil 3. Der Hauptfeldteil 2 und der Abschirmteil 3 sind im Stand der Technik im Betrieb in Serie geschaltet und mit einem gemeinsamen, supraleitenden Hauptschalter 4 kurzschließbar. Hauptfeldteil 2 und Abschirmteil 3 werden über ein gemeinsames Netzgerät 5 mit einem einheitlichen Strom belastet.
Nachteilig an der Magnetspulenanordnung 1 und dem Betrieb dieser Magnetspulenanordnung 1 im Stand der Technik ist die Tatsache, das kein Bereich im Hauptfeldteil 2 oder Abschirmteil 3 mit einem höheren Strom (bzw. einer höheren Stromdichte) belastet werden kann, ohne auch alle anderen Bereiche in der Magnetspulenanordnung 1 mit diesem höheren Strom zu belasten. Damit ist es nicht möglich, auf einfache Weise einen neuartigen Supraleiter lokal in einem bestimmten Feldbereich in einem Serienmagneten zu testen. Ein alternativer Weg für den Test eines neuartigen Supraleiters in einem Serienmagneten unter erhöhter Stromdichteauslastung wäre die Verwendung eines im Vergleich zum Standardleiter dünneren Supraleiters. Der dünnere Supraleiter hätte dann bei gegebenem Magnetstrom eine höhere Stromdichte als der Serienleiter. Dieses Vorgehen wäre allerdings mit großem konstruktiven Aufwand und hohen Kosten verbunden, da die gesamte Spulenkonstruktion auf den dünneren Leiter abgestimmt werden müsste. Eine sehr einfache Methode, einen neuen Supraleiter mit der gleichen Leiterdimension wie der Standardleiter in einem Serienmagneten mit einem erhöhten Strom zu belasten und zu testen ohne Anpassung der Magnetspulenanordnung an eine neue Leiterdimension und vor allem ohne Überlastung der anderen Supraleiter in der Magnetspulenanordnung, wird im Folgenden beschrieben.
Die erfindungsgemäße Lehre erlaubt es nun, einen sehr einfachen Weg zu beschreiten. Die 2 zeigt einen geeigneten Aufbau zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Eine Magnetspulenanordnung 20 umfasst im Wesentlichen einen ersten Teilbereich 21, der den zu testenden Supraleiter umfasst, sowie einen zweiten Teilbereich 22, der den restlichen Teil der Magnetspulenanordnung 20 umfasst. (Dies stellt eine mögliche Aufteilung dar. Grundsätzlich sind auch andere Aufteilungen einer Magnetspulenanordnung 20 in Teilbereiche erfindungsgemäß möglich; beispielsweise kann ein erster Teilbereich auch den zu testenden Supraleiter und Teile des Restmagneten aufweisen.) Erster Teilbereich 21 und zweiter Teilbereich 22 sind in Serie verschaltet und können mittels eines Netzgeräts 5 geladen werden. Mittels eines Hauptschalters 4 ist die gesamte Magnetspulenanordnung 20 supraleitend kurzschließbar. Zusätzlich ist noch der erste Teilbereich 21 mittels eines Zusatzschalters 23 separat supraleitend kurzschließbar.
Die Grundidee des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es nun, den ersten und den zweiten Teilbereich 21, 22 mit unterschiedlichen Stromstärken I⁽¹⁾, I⁽²⁾ zu beladen. Dies wird durch den Zusatzschalter 23 grundsätzlich ermöglicht. Durch den unterschiedlichen Stromfluss in den beiden Teilbereichen 21, 22 kann im ersten Teilbereich 21 ein deutlich höherer Strom eingestellt werden als im zweiten Teilbereich, ohne eine Feldüberhöhung zu erzeugen, die den Leiter im zweiten Teilbereich 22 über seine Auslastungsgrenze bringt.
Die Einstellung der unterschiedlichen Ströme erfolgt im Grundsatz durch Laden der gesamten Magnetspulenanordnung 20 und damit auch des ersten Teilbereichs 21 bis auf einen Strom I₁, Kurzschließen des ersten Teilbereichs 21 mit dem Zusatzschalter 23, und Fortsetzen des Ladevorgangs bis zu einem Strom I₂, im zweiten Teilbereich 22. Das Fortsetzen des Ladevorgangs bis zu einem Strom I₂ kann in einer Verringerung (Entladen) oder auch Erhöhung des Stromflusses bestehen.
Aufgrund von typischerweise vorhandenen Kopplungseffekten muss noch das Kopplungsverhalten der beiden Teilbereiche bei der Bestimmung der Ladeströme berücksichtigt werden: Wird bei kurzgeschlossenem ersten Teilbereich 21 der Strom im zweiten Teilbereich 22 verändert, kommt es im allgemeinen zur Induktion eines Gegenstroms im ersten Teilbereich, d.h. der Strom im kurzgeschlossenen ersten Teilbereich verändert sich. Diese Kopplung kann aber rechnerisch erfasst werden. Auch soll in der Regel ein bestimmtes Magnetfeld B_o eingestellt werden.
Im Detail verläuft das Ladeverfahren wie folgt:

1. Zuerst wird die Stromüberhöhung ΔI⁽¹⁾* für den ersten Teilbereich 21 ermittelt. Diese muss auf einen Strom I⁽¹⁾* = I_o + ΔI⁽¹⁾* führen, der über dem standardmäßigen Betriebsstrom I_o der Standardmagnetspulenanordnung liegt. Denn typischerweise soll mit diesem Verfahren ein neuer Supraleiter im ersten Teilbereich 21 getestet werden, der bei gleicher Leiterdimension wie in der Standardmagnetspulenanordnung und bei gleichem Magnetfeld, eine höhere Stromverträglichkeit also eine höhere kritische Stromdichte besitzt. Die Stromüberhöhung muss also an die kritische Stromdichte des zu testenden Supraleiters angepasst werden.
2. Nachdem die zu erzielende Stromüberhöhung bekannt ist, müssen die weiteren Verfahrensparameter bestimmt werden. In der Regel wird mit linear in der Zeit ansteigender Stromstärke im Netzteil 5 geladen, so dass nun Zeitpunkte bestimmt werden müssen, zu denen Zusatzschalter 23 und Hauptschalter 4 geschlossen werden müssen, um bestimmte Stromstärken in den Teilbereichen 21, 22 einzustellen. Mit dem Schließen des Zusatzschalters 23 wird der Strom im ersten Teilbereich, abgesehen von Induktionseinflüssen, auf den Wert I₁ fixiert. Zum einen muss der Zeitpunkt berechnet werden, ab dem die Magnetspulenanordnung 20 mit kurzgeschlossenem ersten Teilbereich 21 weiter geladen oder nach Überfahren eines Zielstroms wieder entladen werden muss, und zwar so, dass bei erreichtem Zielstrom I₂, im ersten Teilbereich 21 (der Teilbereich mit dem zu testenden Supraleiter) ein Strom I⁽¹⁾* vorliegt, der über dem Standardstrom der Magnetspulenanordnung 20 liegt. Gleichzeitig darf der Strom und das Magnetfeld im zweiten Teilbereich nicht bzw. nur unwesentlich über der Standardauslastung dieses zweiten Teilbereichs liegen. Außerdem muss mit den jeweiligen Strömen in den Teilbereichen 21, 22 das vorgegebene Zielfeld B_o erreicht werden. Hier kann es zu zwei verschiedenen Fällen kommen: Fall 1: die Kopplungsinduktivität zw. dem ersten Teilbereich 21 und dem zweiten Teilbereich 22 der Magnetspulenanordnung 20 ist positiv. Wird der erste Teilbereich 21 (mit dem zu testenden Supraleiter) zum richtigen Zeitpunkt kurzgeschlossen und die Magnetspulenanordnung 20 entladen, dann wird in den kurzgeschlossenen ersten Teilbereich 21 ein positiver Zusatzstrom induziert, der dessen Stromauslastung so erhöht, dass nach Erreichen des Endfeldes B_o der gewünschte Zusatzstrom und damit die gewünschte erhöhte Leiterauslastung im ersten Teilbereich vorliegt ohne den zweiten Teilbereich zu überlasten. Fall 2: die Kopplungsinduktivität zw. dem ersten Teilbereich 21 und dem zweiten Teilbereich 22 der Magnetspulenanordnung 20 ist negativ. Wird der erste Teilbereich 21 (mit dem zu testenden Supraleiter) zum richtigen Zeitpunkt kurzgeschlossen und die Magnetspulenanordnung 20 geladen, dann wird in den kurzgeschlossenen ersten Teilbereich 21 ein positiver Zusatzstrom induziert, der dessen Stromauslastung so erhöht, dass nach Erreichen des Endfeldes B_o der gewünschte Zusatzstrom und damit die gewünschte erhöhte Leiterauslastung im ersten Teilbereich 21 vorliegt, ohne den zweiten Teilbereich 22 zu überlasten. In beiden Fällen müssen die B_o-Feldhübe der beiden Teilbereiche b_o ⁽¹⁾, b_o ⁽²⁾ sowie die Eigen- und Gegeninduktivitäten der beiden Teilbereiche in die Berechnung von I₁ und I₂ eingehen. Diese Informationen können aus der Spulengeometrie errechnet werden.
3. Die Magnetspulenanordnung 20 wird auf einen Strom I₁ geladen. Dabei sind Hauptschalter 4 und Zusatzschalter 23 geöffnet.
4. Bei Erreichen von I₁ wird der Zusatzschalter 23 geschlossen.
5. Weiterladen der Magnetspulenanordnung 20 bei geschlossenem Zusatzschalter 23 und offenem Hauptschalter 4. Wobei das Weiterladen der Magnetspulenanordnung 20 auch in einem Entladen bestehen kann.
6. Nach dem Erreichen des Endfeldes – was bei Erreichen von I₂ im zweiten Teilbereich 22 eintritt – wird der Hauptschalter 4 über der gesamten Magnetspulenanordnung 20 (d.h. erstem und zweitem Teilbereich) geschlossen. Zu diesem Zeitpunkt fließen durch den ersten und den zweiten Teilbereich 21, 22 unterschiedliche Ströme, nämlich I⁽¹⁾ = I₁ + ΔI⁽¹⁾* und I⁽²⁾ = I₁ + ΔI⁽²⁾, wobei I₁ der Strom ist, bei dem der Zusatzschalter geschlossen wurde. Der Zusatzstrom ΔI⁽¹⁾* entsteht dabei ausschließlich durch induktive Kopplung mit dem zweiten Teilbereich 22, und der Zusatzstrom ΔI⁽²⁾ kann durch das Netzgerät 5 direkt angesteuert werden.
7. Messen der zeitlichen Feldänderung mittels einer NMR-Probe im Zentrum 6 der Magnetspulenanordnung 20.

Im Folgenden soll ein Berechnungsverfahren zur Bestimmung der Ladeparameter eines erfindungsgemäßen Ladeverfahrens aufgezeigt werden. Die Berechnung wird anhand einer typischen Vorgehensweise beschrieben und kann entsprechend verallgemeinert werden.
Die Magnetspulenanordnung sei in zwei Teilbereiche unterteilt, wobei der erste Teilbereich nach Erreichen des Sollfeldes B_o bzw. Sollstromes I_o mit einem Zusatzschalter supraleitend kurzgeschlossen wird. Die Magnetspulenanordnung wird anschließend für die Dauer Δt mit einer Spannung U_o entladen (U_o < 0). Diese Zeitspanne Δt muss nun so bestimmt werden, dass beim Schließen des Hauptschalters (d.h. nach Verstreichen von Δt) die geforderte Stromüberhöhung ΔI^(1)* bzw. der Gesamtstrom I⁽¹⁾ = I_o + ΔI^(1)* im ersten Teilbereich vorliegt. Bei diesem Vorgehen entspricht I_o dem Strom I₁ aus der Verfahrensbeschreibung, bei dem der Zusatzschalter über dem ersten Teilbereich geschlossen wird. Und der Strom, der nach Verstreichen von Δt vorliegt entspricht I₂ aus der Verfahrensbeschreibung. Weiterhin wird in der Rechnung eine Forderung formuliert, die dafür sorgt, dass der Supraleiter im zweiten Teilbereich keine Feldüberhöhung erfahren soll.
Bezeichnungen

U_o

= Lade- oder Entladespannung nach dem Kurzschließen des ersten Teilbereichs.

I_o

= Standardmagnetstrom der Magnetspulenanordnung.

ΔI⁽¹⁾*

= Stromüberhöhung im ersten Teilbereich, der den zu testenden Supraleiter enthält.

L^(1,2)

= Eigeninduktivitäten der Teilbereiche 1 und 2.

M

= Kopplungsinduktivität zwischen den beiden Teilbereichen.

b₀ ^(1,2)

= B_o-Feldhübe (B_o-Feld pro Ampere) der beiden Teilbereiche 1 und 2.

ΔB_o*

= B_o-Zusatzfeld aufgrund der Zusatzströme ΔI⁽¹⁾*, ΔI⁽²⁾.

Die zeitlichen Entwicklungen der beiden Teilströme I⁽¹⁾, I⁽²⁾ in den beiden Teilbereichen nach dem Schließen des Zusatzschalters sind durch die gekoppelten Differentialgleichungen gegeben: L(1)·dI(1)/dt + M·dI(2)/dt = 0 M·dI(1)/dt + L(2)·dI(2)/dt = Uo.
Nach einem Zeitintervall Δt nachdem der Zusatzschalter geschlossen wurde, liegen folgende Zusatzströme vor: ΔI(1) (Δt) = –Uo·Δt·M/(L(1)·L(2) – M2) ΔI(2) (Δt) = Uo·Δt·L(1)/(L(1)·L(2) – M2).
Die zeitliche Entwicklung des Stroms im ersten Teilbereich lautet: I(1) (Δt) = Io + ΔI(1) (Δt) = Io – Uo·Δt·M/(L(1)·L(2) – M2)wobei das Vorzeichen der Stromänderung durch das Vorzeichen der negativen Entladespannung bestimmt wird.
Die gewünschte Stromüberhöhung im ersten Teilbereich legt das Zeitintervall Δt, für das der Zusatzschalter geschlossen bleiben muss, fest: ΔI(1) (Δt) = ΔI(1)*
Damit folgt: Δt = (ΔI(1)*)·(–1/Uo)·(L(1)·L(2) – M2)/M.
Der (Netzgeräte-) Strom bei dem der Hauptschalter geschlossen werden muss lautet: I2 = Io + ΔI(2) (Δt)
Und das resultierende Zusatzfeld ergibt sich zu: ΔBo* = (bo (1)·ΔI(1)*(Δt) + bo (2)·ΔI(2) (Δt)).
Setzt man die Teilströme und die Forderung an Δt in diese Gleichung ein, folgt: ΔBo* = ΔI(1)*·(bo (1) – bo (2)·L(1)/M).
Um eine Überlastung des Supraleiters im zweiten Teilbereich der Magnetspulenanordnung zu vermeiden kann gefordert werden, dass die Feldänderung (ΔB_o*) gleich Null oder negativ sein soll. Da für den Supraleitertest immer gilt: ΔI⁽¹⁾* > 0, folgt: bo (1)/bo (2) ≤ L(1)/M.
Im folgenden Abschnitt wird die zeitliche Entwicklung des Teilstroms im ersten, zusätzlich supraleitend kurzgeschlossenen Teilbereich nach dem Schließen des Hauptschalters berechnet und eine Forderung an den kurzuschließenden ersten Teilbereich abgeleitet, die eine empfindliche Messung des Widerstandes in diesem Teilbereich, also im zu testenden Supraleiter erlaubt.
Erweitert man die oben eingeführte Differentialgleichung zur Beschreibung der Stromänderung im ersten Teilbereich um einen Widerstand (R) und geht man davon aus, dass im zweiten Teilbereich kein Widerstand vorliegt, so lauten die Differentialgleichungen: L(1)·dI(1)/dt + M·dI(2)/dt + R·I(1) = 0 M·dI(1)/dt + L(2)·dI(2)/dt = 0
Diese können in folgende Form gebracht werden: dI(1)/dt = [–R·L(2)/(L(1)·L(2) – M2)]·I(1) dI(2)/dt = [R·M/(L(1)·L(2) – M2)]·I(1) die zeitliche Entwicklung des Stroms im ersten Teilbereich wird durch folgende Gleichung beschrieben: I(1) (t) = I(1) (o)·exp[–t·R·L(2)/(L(1)·L(2) – M2)].
Berücksichtigt man die Feldhübe der beiden Teilbereiche, kann die zeitliche Änderung des Magnetfeldes im Zentrum der Magnetspulenanordnung – also die Magnetfelddrift am Ort der NMR-Probe – berechnet werden: dBo(t)/dt = (bo (1)·dI(1)/dt + bo (2)·dI(2)/dt).
Setzt man in diese Gleichung die zeitlichen Änderungen der Teilströme (dI⁽¹⁾/dt und dI⁽²⁾/dt) ein, ergibt sich: dBo(t)/dt = R/(L(1)·L(2) – M2)·(bo (2)·M – bo (1)·L(2))·I(1) (t).
Berücksichtigt man weiterhin die sehr langen Zeitkonstanten, mit denen die Magnetfelder supraleitender NMR-Magnete abklingen (10¹¹ sec), dann kann der Strom im ersten Teilbereich als zeitlich konstant angesehen werden, wodurch sich für die zeitliche Änderung des Magnetfeldes folgender zeitlich konstante Wert ergibt: dBo(t)/dt = [R/(L(1)·L(2) – M2)]·(bo (2)·M – bo (1)·L(2))·I(1) (o).
Das zeitliche Abklingen des Magnetfeldes (die Magnetfelddrift) der Magnetspulenanordnung wird bei gegebenem Widerstand im Supraleiter (R) also durch Größen bestimmt, die allein von der gewählten Geometrie des supraleitend kurzgeschlossenen ersten Teilbereichs abhängen. Damit ist es beispielsweise möglich, durch geeignete Wahl dieses ersten Teilbereichs dafür zu sorgen, dass die Felddrift groß und leicht detektierbar wird, indem man den Ausdruck (L⁽¹⁾·L⁽ ²⁾ – M²) möglichst klein wählt.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Testen eines neuen Supraleiterdrahtes durch Laden einer aktiv abgeschirmten Magnetspulenanordnung, die einen ersten Teilbereich umfasst, der mittels eines Zusatzschalters supraleitend kurzschließbar ist. In diesem ersten Teilbereich wird ein Supraleiter verwendet, der unter erhöhter Stromauslastung getestet werden soll ohne das der Supraleiter im zweiten Teilbereich diese erhöhte Stromauslastung erfährt. Für die beiden Teilbereiche werden jeweils Betriebsströme bestimmt, bei denen im ersten Teilbereich die gewünschte Stromüberhöhung vorliegt und das Gesamtfeld B_o nur unwesentlich vom standardmäßigen Betriebsfeld der Magnetspulenanordnung abweicht. Diese Betriebsströme werden unter Berücksichtigung der induktiven Kopplung der Teilbereiche durch Laden zunächst der gesamten Magnetspulenanordnung, und nach Schließen des Zusatzschalters durch Fortsetzung des Lade- oder Entladevorgangs nur im zweiten Teilbereich eingestellt. Dadurch kann ein Supraleitertest unter NMR-Bedingungen auf kostengünstige Weise in einem NMR-Serienmagneten durchgeführt werden.

Claims

Verfahren zum Testen eines neuen Supraleiters durch Laden einer im Betrieb über einen supraleitenden Hauptschalter (4) supraleitend kurzgeschlossenen aktiv abgeschirmten Magnetspulenanordnung (20), die im supraleitenden Kurzschlussbetrieb einen Standard-Sollstrom aufweist, wobei die Magnetspulenanordnung (20) mindestens einen ersten und einen zweiten Testbereich (21, 22) umfasst, mit folgenden Verfahrensschritten: – Einsetzen eines zu testenden Supraleiters im ersten Teilbereich (21) mit gegenüber einem Standardsupraleiter für diesen ersten Teilbereich (21) nominell erhöhter Stromtragfähigkeit anstelle des Standardsupraleiters, – Laden und supraleitendes Kurzschließen der beiden Teilbereiche (21, 22) derart, dass am Ende des Ladevorgangs eine nicht verschwindende Stromdifferenz zwischen den beiden Teilbereichen (21, 22) eingestellt ist, mit einer höheren Strombelastung im zu testenden neuen Supraleiter des ersten Teilbereichs (21) und wobei der Standard-Sollstrom im zweiten Teilbereich (22) der Magnetspulenanordnung (20) nicht überschritten wird, – Messen der zeitlichen Magnetfeldänderung mittels einer NMR-Probe im Zentrum (6) der Magnetspulenanordnung (20) zur Charakterisierung des neuen Supraleiterdrahts.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei zumindest der erste Teilbereich (21) separat über einen supraleitenden Zusatzschalter (23) supraleitend kurzgeschlossen werden kann, mit folgenden Verfahrensschritten: (a) Ermitteln einer an den zu testenden Supraleiterdraht angepassten, im ersten Teilbereich (21) einzustellenden Stromüberhöhung ΔI⁽¹⁾*, die zu einem über dem Betriebsstrom I_o liegenden Strom von I⁽¹⁾* = I_o + ΔI⁽¹⁾* führt; (b) Berechnen eines Stromstärkewertes I₁ durch die gesamte Magnetspulenanordnung (20), bei dem der Zusatzschalter (23) über dem ersten Teilbereich (21) geschlossen werden soll, sowie eines zweiten Stromstärkewertes I₂ des nicht mit dem Zusatzschalter (23) kurzschließbaren zweiten Teilbereichs (22), bei dem der Hauptschalter (4) geschlossen werden soll, derart, dass unter Berücksichtigung der Gegeninduktivität zwischen den beiden Teilbereichen (21, 22) nach dem Erreichen von I₂ im zweiten Teilbereich (22) eine Stromverteilung vorliegt gemäß I⁽¹⁾* = I₁ + ΔI⁽¹⁾ und I⁽²⁾ = I₂ = I₁ + ΔI⁽²⁾ und das zu erzielende Magnetfeld B_o vorliegt; (c) Laden der Magnetspulenanordnung (20) auf einen Strom I₁, wobei Hauptschalter (4) und Zusatzschalter (23) geöffnet sind; (d) Schließen des Zusatzschalters (23) bei Erreichen von I₁; (e) Weiterladen der Magnetspulenanordnung (20) bei geschlossenem Zusatzschalter (23) und offenem Hauptschalter (4) bis I₂; (f) Schließen des Hauptschalters (4) bei Erreichen von I₂, wobei I₁ zeitlich vor I₂ erreicht wird; (g) Messen der zeitlichen Magnetfeldänderung mittels einer NMR-Probe im Zentrum der Magnetspulenanordnung (6) zur Charakterisierung des neuen Supraleiterdrahts.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach Schritt (f) die Verbindung zwischen dem Netzgerät (5) und der Magnetspulenanordnung (20) getrennt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetspulenanordnung (20) einen Ergänzungsschalter aufweist, mit dem der zweite Teilbereich (22), der nicht durch den Zusatzschalter (23) kurzschließbar ist, separat supraleitend kurzschließbar ist.
Verfahren nach Anspruch 4 in Verbindung mit Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach Schritt (f) der Ergänzungsschalter geschlossen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass gilt M/L⁽¹⁾ > 10^–4, wobei M die induktive Kopplung zwischen den beiden Teilbereichen (21, 22) beschreibt und L⁽¹⁾ die Eigeninduktivität des ersten Teilbereichs (21).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetspulenanordnung (20) derart in zwei Teilbereiche (21, 22) unterteilt wird, dass die Zusatzströme ΔI⁽¹⁾ und ΔI⁽²⁾ in den beiden Teilbereichen (21, 22) gegenüber dem standardmäßigen Betrieb der Magnetspulenanordnung (20) zu möglichst kleinen Feldänderungen führt, wobei die Feldhübe b⁽¹⁾, b⁽²⁾ und Zusatzströme ΔI⁽¹⁾, ΔI⁽²⁾ der beiden Teilbereiche (21, 22) näherungsweise der folgenden Beziehung gehorchen: |b⁽¹⁾/b⁽²⁾| = |ΔI⁽¹⁾/ΔI⁽²⁾|.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Teilbereiche (21, 22) so ausgewählt werden, dass die induktive Kopplung zwischen ihnen positiv ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Teilbereiche (21, 22) so ausgewählt werden, dass die induktive Kopplung zwischen ihnen negativ ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Teilbereiche (21, 22) induktiv entkoppelt sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine aus dem ersten Teilbereich (21) stammende zeitliche Magnetfeldänderung durch Kurzschließen des ersten Teilbereichs mindestens um einen Faktor 2 erhöht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufteilung in die beiden Teilbereiche (21, 22) so erfolgt, dass die zeitliche Magnetfeldänderung durch Kurzschließen des ersten Teilbereichs (21) unverändert bleibt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetspulenanordnung (20) neben dem ersten und dem zweiten Teilbereich (21, 22) mindestens einen weiteren, dritten Teilbereich aufweist, der mittels eines weiteren Zusatzschalters separat supraleitend kurzschließbar ist.
Verfahren nach Anspruch 13 in Verbindung mit Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (f) zwischen dem Schließen des Zusatzschalters (23) und dem Schließen des Hauptschalters (4) die Verfahrensschritte (a) bis (f) erneut durchlaufen werden, wobei beim erneuten Durchlaufen der dritte Teilbereich und der weitere Zusatzschalter, mit dem der dritte Teilbereich supraleitend kurzschließbar ist, an die Stelle des ersten Teilbereichs (21) und des Zusatzschalters (23), mit dem der erste Teilbereich (21) supraleitend kurzschließbar ist, treten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilbereich (21) eine Stromüberhöhung erfährt und der dritte Teilbereich die Homogenität im Zentrum der Magnetspulenanordnung erhöht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilbereich (21) eine Stromüberhöhung in einem ersten zu testenden Supraleiter und der dritte Teilbereich eine davon verschiedene Stromüberhöhung in einem zweiten zu testenden Supraleiter erfährt.