מגנטים מוליכים-על

מגנט מוליך-על הוא אלקטרו-מגנט אשר לסיבוב שלו יש רכוש של מוליך-על. כמו בכל אלקטרומגנט, השדה המגנטי נוצר כאן על ידי זרם ישיר הזורם בחוט המתפתל. אך מכיוון שהזרם עובר במקרה זה לא דרך מוליך נחושת רגיל, אלא דרך מוליך-על, ההפסדים הפעילים במכשיר כזה יהיו קטנים ביותר.

כמוליכי-על למגנטים מסוג זה, מוליכי-על מהסוג השני כמעט תמיד פועלים, כלומר אלה שבהם התלות של אינדוקציה מגנטית בחוזק השדה המגנטי האורך אינה ליניארית.

על מנת שמגנט מוליך-על יתחיל להראות את תכונותיו, תנאים רגילים אינם מספיקים - יש להביא אותו לטמפרטורה נמוכה, אשר באופן עקרוני ניתן להשיג בדרכים שונות. הדרך הקלאסית היא זו: המכשיר ממוקם בכלי Dewar עם הליום נוזלי, וכלי Dewar עם הליום נוזלי עצמו ממוקם בתוך כלי Dewar אחר, עם חנקן נוזלי, כך שהליום נוזלי מתאדה נמוך ככל האפשר.

כדוגמה אמיתית למגנט מוליך-עוצמה רב-עוצמה, אנו יכולים להשתמש במגנט הגדול Hadron Collider (LHC), בו, באמצעות החזק ביותר שדה מגנטי יש צורך להחזיק פרוטונים בעלי אנרגיה גבוהה שעפים במהירות מדהימה על מסלול מסוים בתוך מנהרה תת קרקעית מורחבת.

1232 אלקטרומגנטים ענקיים, שמשקלם כ -30 טון, ואורך של 15 מטר, מותקנים במנהרה של ה- LHC בזה אחר זה. קורות פרוטון עוברות כאן דרך צינורות דקים, והצינורות הללו פשוט עוברים בתוך מגנטים דיפוליים, שעוצמת הגיוס שלהם מווסתת בטווח שבין 0.54 ל- 8.3 ט '.

התכונות המוליכות העל של מגנטים על ה- LHC מושגות באמצעות חוט מוליך-מיוחד מיוחד: כל דיפול מגנטי מכיל סליל מוליך-על בודד עם כבל ניוביום-טיטניום, והכבל עצמו מורכב מהחוטים הדקים ביותר בקוטר 6 מיקרון.

בשורה התחתונה, ניוביום-טיטניום הוא מוליך-על בטמפרטורה נמוכה, ולכן הטמפרטורה הנדרשת לשמירה על המוליכות העל נומינלית של פיתולים כאלה היא כאן רק 1.9 K (נמוך מהטמפרטורה של קרינת המיקרוגל ברקע בחלל החיצון).

מערכת קירור המגנטים LHC עובדת בזכות הליום נוזלי שנמצא בתנועה מתמדת. 97 טונות של הליום נוזלי ממוקמים בתוך מעטפת מיוחדת, שם מושגת שטחיות של נוזל קירור זה בלחץ מסוים.

קירור ישיר של הליום נוזלי מתרחש בהשפעת 10,000 טון חנקן נוזלי. תהליך הקירור מתבצע בשני שלבים: מקפיא מסוג קונבנציונאלי מקרר תחילה הליום ל -4.5K, ואז הוא מקורר בנוסף, אך כבר בלחץ מופחת. כל הפעולה הזו אורכת כחודש.

כאשר מובטחים התנאים ביחס לטמפרטורה, נכנס תורם של זרמי ענק. ב- LHC, זרם אספקת המגנטים מגיע ל 12,000 אמפר. במקביל, צריכת חשמל נצרכת, דומה לזו המהווה את אספקת החשמל של כל העיר ז'נבה. האנרגיה החשמלית לכל מגנט מוליך-על היא בערך 10 מגה-ג'י.

מגנטים מוליכים-על משמשים גם בטמוגרפים ובספקטרומטרים של NMR, ברכבות כרית מגנטיות, בכורים תרמו-גרעיניים ובמתקנים ניסיוניים רבים אחרים, למשל הקשורה לריחוף.

עובדה מעניינת: שדות יהלומים מגנטיים כמעט אינם משפיעים באופן מוחשי על יהלומנים, אך כשמדובר בשדות מגנטיים חזקים הנוצרים על ידי מגנטים מוליכים-על, התמונה כאן משתנה באופן משמעותי.פחמן החודר לחפצים אורגניים ואורגניזמים חיים הוא דיאמנט, ולכן צפרדע חיה יכולה לטוס בשדה מגנטי עם אינדוקציה של 16 ט '.