DE3531322A1

DE3531322A1 - Supraleitende anordnung

Info

Publication number: DE3531322A1
Application number: DE19853531322
Authority: DE
Inventors: Toshimi Suita Osaka Kawamura; Masao Itami Hyogo Morita
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1984-09-07
Filing date: 1985-09-02
Publication date: 1986-03-20
Also published as: JPS6165407A; FR2570215A1; FR2570215B1; DE3531322C2

Description

Die Erfindung betrifft eine supraleitende Anordnung mit einer supraleitenden Magnetspule, die eine um einen Spulenkörper gewickelte dünne Spule aufweist; insbesondere betrifft die Erfindung eine Anordnung zur Unterdrückung von lokalen Anstiegen des Magnetfeldes im Endbereich der supraleitenden Magnetspule.

Die Figuren 1 und 2 zeigen eine herkömmliche Anordnung dieser Art. Dabei ist, wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich, eine supraleitende Magnetspule 1 in Form eines Zylinders gewickelt, indem man einen supraleitenden Draht 4 um einen zylindrischen

Spulenkörper 5 wickelt. Der supraleitende Draht 4 weist einen Supraleiter 2 auf, der in ein Stabilisierungsmaterial 3 eingebettet ist. Der Supraleiter 2 hat einen rechteckigen Querschnitt mit einer Dicke, die wesentlich geringer ist als seine Breite. Die supraleitende Magnetspule 1 ist in einem Kryostat 6 untergebracht.

Die Wirkungsweise der herkömmlichen Anordnung ist wie folgt. Die zylindrische dünne supraleitende Magnetspule 1, die eine Spulendicke besitzt, die im Vergleich zu ihrem Durchmesser klein ist, wird in einer Teilchenkollisionsvorrichtung zur Untersuchung von Elementarteilchen verwendet, bei der Elementarteilchen hoher kinetischer Energie zum Einsatz kommen. Eine derartige Vorrichtung ist in der Literaturstelle "CONSTRUCTION AND TEST OF THE CELLO THIN-WALL SOLENOID", 1980, Adv. Cryog. Eng. 25, Seiten 175-184 beschrieben. Die Spule ist dabei so dünn wie möglich ausgelegt, um sie für Elementarteilchen transparenter zu machen. Die zur Herstellung der Vorrichtung verwendeten Materialien basieren im wesentlichen auf Aluminium und Kohlenstoff, abgesehen vom Supraleiter 2, und zwar unter Berücksichtigung einer besseren Transparenz oder Durchlässigkeit für die Teilchen. Selbstverständlich wird eine hohe Stromdichte verwendet, um die Querschnittsfläche des Supraleiters 2 nicht unnötig groß zu machen. Während des Betriebes der supraleitenden Magnetspule 1 fließt Strom nur durch den Supraleiter 2 des supraleitenden Drahtes 4 und fließt üblicherweise nicht durch das Stabilisierungsmaterial.

Der Strom fließt durch das Stabilisierungsmaterial 3, wenn der supraleitende Zustand zerstört ist und der Strom einen Nebenweg nimmt, um eine Rückkehr zum supraleitenden Zustand zu unterstützen, wie es in der Literaturstelle "Institute of the Electrical Engineering Collegiate Lectures; Superconducting Engineering", 1974, Japanese IEEE, Seiten 60-65 beschrieben ist. Da somit

der Supraleiter 2 eine sehr kleine Querschnittsfläche im Vergleich zum Durchmesser der Spule 1 besitzt, wird ein sehr starkes Magnetfeld an den Endbereichen der supraleitenden Magnetspule 1 erzeugt. Dies ist eine Art eines Endeffektes, und ein ähnlicher Effekt ist erläutert in der Literaturstelle "Electromagnetic Phenomenon Theory", S. Maruyama, Maruzen Press, 1944, Seite 184. Die elektrische Feldstärke σ im Endbereich einer unendlichen Halbebene läßt sich ausdrücken durch die Beziehung ~^ε%ν^ν=0 ' ^was ^^{em Aus}äruck ~ ~2~ T=" entspricht.

Wenn daher x=0 ist, ergibt sich σ = - » .

Wenn die Dicke unendlich klein ist, wird das Magnetfeld im Endbereich der supraleitenden Magnetspule 1 unendlich groß. Während der Wert dieses Magnetfeldes im allgemeinen eine obere Grenze aufgrund der begrenzten Dicke der Spule besitzt, erreicht er dennoch einen Wert beträchtlicher Größe.

Bei einer herkömmlichen supraleitenden Anordnung mit einem derartigen Aufbau ist eine Zunahme des Magnetfeldes in den Endbereichen der supraleitenden Magnetspule unvermeidlich, was manchmal die Supraleitfähigkeit unmöglieh macht, da die obere Grenze des Stromes von der Stärke des ausgeübten Magnetfeldes abhängt. Auch wenn eine ausreichende Stabilisierung im Hinblick auf die Aufrechterhaltung des Supraleitungseffektes vorliegt, ist es so, daß dann, wenn einmal eine teilweise Zerstörung oder Aufhebung der Supraleitfähigkeit eintritt, sich die Zerstörung in Form einer Kettenreaktion ausbreitet. Somit sind für eine große Hochenergie-Untersuchungsvorrichtung zuverlässige Gegenmaßnahmen erforderlich.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, unter Vermeidung der Nachteile von herkömmlichen Anordnungen eine supraleitende Anordnung anzugeben, bei der eine Zunahme des Mag-

-t-.ς

netfeldes verhindert und die Supraleitfähigkeit in sehr zuverlässiger Weise aufrechterhalten wird.

Gemäß der Erfindung wird daher eine supraleitende Anordnung mit einer supraleitenden Magnetspule aus einem um einen Spulenkörper gewickelten supraleitenden Draht angegeben, wobei der supraleitende Draht einen Supraleiter mit rechteckigem Querschnitt geringer Breite aufweist und wobei der Supraleiter im Endbereich der supraleitenden Magnetspule eine größere Querschnittsfläche aufweist als im mittleren Bereich.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung wird das zugrunde liegende Problem in zufriedenstellender Weise gelöst. Insbesondere wird mit der erfindungsgemäßen Anordnung erreicht, daß die Stromdichte im Endbereich herabgesetzt wird.

Die Erfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile, anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 eine Seitenansicht im Schnitt einer herkömmlichen supraleitenden Anordnung;

Fig. 2 eine vergrößerte Seitenansicht im Schnitt des Bereiches A gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine vergrößerte Seitenansicht im Schnitt

des Hauptbereiches einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen supraleitenden Anordnung; und in

Fig. 4 vergrößerte Seitenansichten im Schitt von

^u weiteren Ausführungsformen der erfindungs

gemäßen supraleitenden Anordnung.

Im folgenden wird auf die Figuren 3 bis 5 Bezug genommen, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile bezeichnen. In Fig. 3 ist eine supraleitende Magnetspule 11 auf einen Spulenkörper 5 gewickelt und weist einen Endbereich 11a und einen Mittelbereich 11b , einen isolierten supraleitenden Draht 41a mit beispielsweise zwei Wicklungen im Endbereich, bestehend aus einem in ein Stabilisierungsmaterial 31 eingebetteten Supraleiter 21a , sowie einen isolierten supraleitenden Draht 41b im mittleren Bereich auf, der aus einem in das Stabilisierungsmaterial 31 eingebetteten Supraleiter 21b besteht. Der Supraleiter 21a im Endbereich ist so aufgebaut, daß seine Querschnittsfläche größer ist als die Querschnittsfläche des Supraleiters 21b im mittleren Bereich, so daß die Stromdichte im supraleitenden Draht 41a im Endbereich reduziert wird.

Da die Stromdichte im umgekehrten Verhältnis zu der Zunahme der Querschnittsfläche abnimmt, wird ein ausreichender Rand innerhalb der Supraleitfähigkeitsgrenze für einen Supraleiter gleicher Supraleitfähigkeit geschaffen. Die Tatsache, daß die Stromdichte niedrig ist, bedeutet, daß das vom Supraleiter erfahrene elektromagnetische Feld schwach ist, wie sich aus dem Biot-Savart¹sehen Gesetz ergibt, und dieser Effekt erzeugt eine erhebliche Wirkung auf die Supraleitfähigkeitsgrenze. Somit wird die Stabilität der Supraleitfähigkeit der Spule in einfacher Weise beibehalten, und die Querschnittsfläche des Supraleiters im mittleren Bereich der supraleitenden Magnetspule kann in ausreichendem Maße verringert werden, so daß eine hohe Stabilität und Wirtschaftlichkeit der supraleitenden Magnetspule erhalten werden können. Außerdem kann eine Kühlung der supraleitenden Magnetspule leicht vorgenommen werden.

Als alternative Maßnahme zur Vergrößerung der Querschnittsfläche des supraleitenden Drahtes 41a ist es

möglich, supraleitende Drähte 41a aus zwei oder mehr Wicklungen zu verwenden, die gemäß Fig. 4 parallel geschaltet sind, um in wirksamer Weise die Querschnittsfläche des Supraleiters 21a zu erhöhen. Außerdem können, wie in Fig. 5 dargestellt, die supraleitenden Drähte 41a in radialer Richtung aufeinander angeordnet werden, oder aber die Drähte können parallel geschaltet werden, um in wirksamer Weise die Querschnittsfläche des Supraleiter 21a zu vergrößern. Diese alternativen Anordnungen liefern die gleichen Vorteile wie die vorstehend beschriebene Ausführungsform.

Gemäß der Erfindung wird somit ein Supraleiter des supraleitenden Drahtes mit größerer Querschnittsfläche im Endbereich der supraleitenden Magnetspule vorgesehen als im mittleren Bereich, so daß die Stromdichte verringert wird, mit der Folge, daß die Temperaturzunahme aufgrund des Magnetfeldes unterdrückt wird, was zu einer sehr stabilen Supraleitfähigkeit führt.

Claims

Ansprüche

Supraleitende Anordnung, mit einer supraleitenden Magnetspule (11) aus einem supraleitenden Draht, der um einen Spulenkörper (5) gewickelt ist, wobei der supraleitende Draht einen rechteckigen Querschnitt geringer Breite aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Supraleiter (21a) des supraleitenden Drahtes (41a) im Endbereich (11a) der supraleitenden Magnetspule (11) eine größere Querschnittsfläche besitzt als im mittleren Bereich (11b).
2. Supraleitende Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der supraleitende Draht im Endbereich (11a) der supraleitenden Magnetspule (11) eine Vielzahl von supraleitenden Drähten (41a) aufweist, und daß die Querschnittsfläche jedes Supraleiters (21a) im Endbereich (11a) größer ist als im mittleren Bereich (11b).
3. Supraleitende Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Supraleiter (21a) im Endbereich (11a) der supraleitenden Magnetspule (11) eine Vielzahl von parallel zueinander geschalteten Supraleitern aufweist, so daß die effektive Querschnittsfläche des Supraleiters (21a) im Endbereich (11a) vergrößert wird.
4. Supraleitende Anordnung nach einen Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Supraleiter (21a) im Endbereich (11a) der supraleitenden Magnetspule (11) eine Vielzahl von parallel zueinander geschalteten Supraleitern aufweist, und daß die parallelen Supraleitern (21a) in radialer Richtung aufeinander gewickelt sind, so daß die effektive Querschnittsfläche des Supraleiters (21a) im Endbereich (11a) vergrößert wird.