Профессор Е.Ю.Клименко Лекция 11 Криогенные и сверхпроводящие

элементов проектирования сверхпроводящих устройств, полезно сделать обзор конкретного проекта, чтобы

осознать связь и иерархию этих отдельных элементов.

Сверхпроводящий магнит сепаратора изотопов гадолиния

На предварительном этапе проектирования следует представить себе , как магнит будет эксплуатироваться, как он будет закреплен, как он будет снабжаться хладагентом и пр.

Проектирование начинается с разработки технического задания, причем в случае СП магнита ТЗ обычно разрабатывается исполнителем по ТТ заказчика.

х 7 м
Величина поля 3.5 Тл
Степень однородности поля. 2.0

10 при длине 4.5 м и диаметре 0.45 м
Доступность обслуживания устройства.

Техническое задание

ТЗ составляется после предварительных оценок проекта.
Размеры обмотки.
Рабочие параметры.(величина поля, рабочий ток)
Выбор материала. Расход материала.
Способ защиты обмотки
Способ обеспечения рабочей температуры.
Теплопритоки, расход хладагента.
Конструкция криостата или вакуумной оболочки.
Вспомогательное оборудование.
Соответствие стандартам.
Смета.
План-график изготовления
ТЗ не только технический, но и политический документ.

-4

не имеют корректной постановки.
Корректно поставленная задача: ( Жак Адамар) 1.Решение существует.
2.Решение

единственно.
3.Решение непрерывно зависит от данных в некоторой разумной топологии
Решение некорректно поставленных задач – развитая ветвь современной математики ( А.Н.Тихонов)









Каждая точка соответствует одиночному витку.
Эта обмотка построена методом подбора. Как оказалось, это не лучшее решение.

Номинальная топография поля








Следует оценить, как допуски на изготовление обмотки повлияют на результат

ток

использовать разработанный способ изготовления многогалетных обмоток. Ранее был известен способ

изготовления лишь двойных галет.

галеты к жестким листам (нерж. сталь, Амг, стеклотекстолит) Каждый

виток передает радиальную силу непосредственно структуре

Структура, генерирующая сильные возмущения в проводнике

Многослойная структура, намотанная проводом, заключенным в мягкую изоляцию, не может быть жесткой, поэтому она будет генерировать мощные возмущения.

Радиальная сила сжимает кипу витков, покрытых мягкой изоляцией

Структура, генерирующая минимум возмущений в проводнике

Жесткость ламинарной обмотки обеспечивается силовой структурой. Провод нагружен минимально.
Это позволяет обмотки на большие поля делать столь же уверенно, как и на малые

Каждый виток передает радиальную силу непосредственно структуре

и др.), позволяющих рассчитать напряжения и деформации конструкций , в

том числе и обмоток.

армированной листами из нержавеющей стали. Материал опорных элементов так же

нержавеющая сталь.

Расчет прочности обмотки

Критерий максимального напряжения по Мизесу основано на теории Мизез-Хенки Mises-Hencky, известной также как теория максимальной энергии формоизменения.
В исчислении главных напряжений s1, s2 и s3, напряжение по Мизесу выражено как:
s vonMises bsp;= {[(s 1 - s 2)2 + (s 2 - s 3)2 + (s 1 - s 3)2]/2}(1/2)

не было производства сверхпроводников в РФ . Провод куплен

по случаю из старых запасов.

между витками прокладывается стеклотекстолитовая ленточка. При сборке листы покрывают пленочным

клеем. Поверх последнего витка каждой галеты накладывается алюминиевый пруток. Блок нагревают до 120 град С и зажимают в кондукторе, стягивая до расчетной длины. В кондукторе же термообрабатывают 170 град/3 час для полимеризации клея. Затем поверхность обрабатывают на токарном станке, срезая излишки алюминия. На подготовленную цилиндрическую поверхность надевают охлаждающий хомут.

теплового ключа,
4.Комбинированные токовводы,
5.Выключатель защиты теплового ключа,

6. Защитное сопротивление 0.24 Ом,
7.Тиристорный стабилизированный источник тока,
8.Размыкатель цепи питания магнита,
9. Токовый измерительный шунт,
10-19-Цепи импульсных защитных нагревателей.

проводе от тока и индукции. Этой скорости недостаточно для

эффективной защиты.

Расчетная схема определения поперечной скорости распространения нормальной зоны в обмотке

Чтобы вывести запасенную энергию из обмотки на вешнее сопротивление 2 Ом, напряжение должно быть 3.5 кВ, а постоянная времени 17 с.

перехода сверхпроводящего магнита в нормальное состояние.

А. Случай возникновения нормальной зоны

в серединной, третьей секции (максимального объема), Б. Случай возникновения нормальной зоны во второй или четвертой секции (минимального объема).В. Переход обмотки, при переходе в нормальное состояние теплового ключа и затухании тока на защитном сопротивлении.

40 мкм.

сечении напряжения распределены равномерно, т.е. работает все сечение.
Разрушающая сила более

10 т.с.

экраны 80 К

Вт 121.4
экраны 30 К Вт 5.2
Теплопритоки к экранам по горловинам  
экраны 80 К Вт 35.1
экраны 30 К Вт 1.24
Теплоприток к 30К-теплообменнику токоввода Вт 8.9/22
Теплопритоки к гелиевой емкости питателя 
по токовводам (без охлаждения) мВт 3.84
по горловинам Вт 0.038
излучением и по остаточному газу Вт 0.04
Теплопритоки к сверхпроводящему магниту 
излучением и по остаточному газу Вт 0.21
по опорам Вт 0.153
генерация тепла вихревыми токами Вт 0.65

Мощность криокулеров кВт 3.5
Расход жидкого гелия л/час 0.64/1.52

охлаждения экранов СП магнита и питателя потоками газообразного гелия, охлаждаемыми

криокулером

Схема предварительного охлаждения обмотки до 90К

Временная диаграмма охлаждения обмотки. Максимальный температурный перепад в обмотке не превышает40 К.