由克里斯汀科因
所有的国家高磁场的磁铁实验室爱游戏体育是什么爱游戏提现客服电磁铁:贯穿他们的电力产生高磁场,科学家把他们的实验。我们大部分的电磁铁电阻的磁铁仪器,使用大量的电力来生成高领域——高达35特斯拉电阻磁铁我们的世界纪录。
对于一个令人生畏的电费每年超过700万美元。
和大多数人一样,我们宁愿支付更少的电力。的原因之一(尽管不是唯一的),我们使用和构建,另一种类型的电磁铁:超导磁体。
这些工具相当戏法:他们创造很高的领域没有运行我们的帐单。
电阻磁铁是由金属苦板(左)堆叠成线圈;Cable-in-conduit-conductor磁铁是用数以百计的超导电线扭出电缆(右)、插入管和伤口线圈。
虽然我们这里著名的使电阻磁铁,我们也世界领导人在设计和构建超导磁体。本文解释了为什么,以及如何,我们使超导磁体。
超导简而言之
首先,一个简短的底漆超导。如果你想了解更多比这里所覆盖,读我们的文章超导101。如果你已经知道这些东西,跳到下一节。
在实验室中,我们使液氦用于我们的磁铁,然后在用于储存或运输。
当然,电力是可怕的:我们不能享受我们的微波,音响和电脑没有它。但它也有其缺点,其中一个变得明显,当我们不小心碰到一个灯泡:哎哟!的电子移动通过导线锯齿形非常低效,撞到东西,创造我们感觉热的摩擦。热量被浪费电。
超导电力没有热的不想要的副作用。它的优雅和高效:电子邮政通过电线碰撞或摩擦。因为没有慢下来,电子处于超导状态可以几乎永远没有帮助从当地的公用事业公司。
但是有一个问题:超导只发生在极低的温度。对于大多数已知的超导材料,这些操作温度很低需要液氦,宇宙中最冷的液体,生产他们。科学家去很多麻烦和费用让这个东西:氦液化在-269摄氏度(-452华氏度。
超导磁体的岩石
不过,问题是值得的,因为超导磁体拥有一些关键的优势电阻的磁铁。
首先,他们的成本更少的钱来运行。甚至考虑制冷剂,如液态氦和液态氮,并不便宜,操作一个超导磁体的成本只有约1%的成本经营电阻磁铁。
李标志(左一)看着托德Adkins风cable-in-conduit导体芯棒。
“一旦你建立和操作,你很棒,”汤姆说画家,一个工程师MagLab的磁铁科技部门。“你可以打开和操作它多年来。”
这些磁铁产生的磁场更稳定的比电阻产生的磁铁。电力是通过电线可以波动强度,从而导致磁场的波动。大多数实验受益匪浅稳定、可靠。“好像不是一件大事,但对于一些实验,这是一个大问题,”画家说。
还可以创建一个稳定的超导电流更均匀磁场科学家,也是珍贵的。在整个实验空间内的磁铁,很少有变化。
超导磁体也更紧凑。你可以包在当前每平方英寸的空间比电阻磁铁,因为没有热量的担心。和一个更紧凑的磁铁是更有效率。
汤姆和一个画家的900 MHz的线圈,线绕超导磁体的一个例子。
最后,超导磁铁一般持续时间更长。电阻磁铁遭受大量的热磨损越小;对冷却超导同行不是一个问题。
超导磁体没有所有的优势,虽然。他们是更复杂的比电阻磁铁(基本上是用金属做的苦的光盘叠在另一片之上),因此花费更多的金钱和时间来培养。同时,超导磁体不能达到电阻磁铁的字段。实验室最强大的超导磁体,900 MHz核磁共振磁体,达到21.1特斯拉(磁场强度的测量)。接近世界纪录的超导磁体的研究,但就显得逊色35特斯拉MagLab最强的电阻产生的磁铁。超导材料是有限的关键字段——一个磁场强度高于他们再也不能携带电流。
不过,这些乐器的优点远远大于缺点,特别是对于需求的应用程序非常统一的领域。这就是为什么我们花这么多的时间和金钱开发不同类型的超导磁铁:
- 我们构建线绕超导磁体,比如我们的900 MHz核磁共振磁体。
- 我们建立超导磁体cable-in-conduit导体(中金公司)。我们中金磁铁之一是搭配了一个强大的电阻磁铁使我们世界纪录45特斯拉磁铁。
- 我们与非常规实验,高温超导体(高温超导),如氧(钡铜氧化钇)和BSCCO(钙锶铋铜氧化物)。与目前使用的“低温超导体的超导磁体,高温超导不需要液氦来操作,因为他们工作(相对)更高的温度。实验室的科学家和工程师们已经建立了一个原型高温超导磁体,世界纪录(33.8特斯拉)磁场由超导体。
中金公司和线绕磁铁有不同的优点,缺点和应用程序。下面我们仔细看看我们如何使这些磁铁。
中金磁铁:我们有电缆
今天的是由低温超导磁铁niobium-tin(注3Sn)和(或)niobium-titanium(NbTi)。Niobium-titanium更便宜和更少的脆弱,但是您可以使用niobium-tin高磁场,因为它有一个更高的临界磁场。通常,两种类型的超导体相结合在相同的磁铁。下面我们解释如何使niobium-tin励磁线圈。
的电缆cable-in-conduit过程的最终产品是由几百个电线。每一个都是厚的纸夹线,包含micrometer-thin丝没有更广泛的比人类头发。为什么使用如此多的小部件,而不是一个厚管的东西呢?使用大量的小电线增加表面积。我们将看到,所有电线接触的表面冷却剂。这种设计允许将磁铁产生的热量迅速删除,从而使磁铁是非常稳定的。
在一个多阶段的过程,这些细丝的铌和锡是嵌入在铜导线直径小于1毫米。这些电线被扭曲在一起,精心设计模式来创建一个电缆。布线模式不同的磁铁。但在任何情况下,成千上万的细丝制成电线,和数以百计的电线来创建一个有线一个大型的拇指一样宽,如下的视频演示。
当你做数学,这是相当多的。的串联混合动力磁铁在建在MagLab将包含约1.8公里(1.1英里)的电缆,在扭曲的384公里(238英里)的电线。这是足以从纽约到华盛顿特区。
铜矩阵,超导材料的机械稳定性。同样,如果意外温度上升导致超导体停止承载电流、铜将接管这项工作。这可以防止突然过热,否则会损坏或破坏昂贵的仪器。
虽然电线看起来非常紧密,有足够的空间在:事实上,几乎三分之一的它是空的。空间不会保持空,然而;在操作磁铁,液态氦流穿过它,超导电线需要提供低温环境。这是一个关键的区别cable-in-conduit和线绕超导磁体;后者从外面被冷却,只从内部或外部线圈的表面,而在cable-in-conduit磁铁电线直接冷却(而且更有效),由内而外。
与所有这些错综复杂的布线,我们甚至还没真正棘手的部分:焊接电缆的长度放到一起构成一个连续的导体。经常会遇到一些阻力(和产生热量)开会时这些关节:关键是要减少。
“你有这个长度的超导体,您需要连接到另一个,”解释了研究工程师李标志。”,在关节,两个在一起,你必须减少阻力。热量平衡,基本上,我们想知道到底有多少热能被放入低温系统,因为你的设计。如果你有阻关节,冰箱里需要更多的时间来保持所需的温度。”
接下来,电缆夹套在一个圆形不锈钢或其他合金管,然后形成一个矩形截面成形机。这使得线圈绕组更紧凑。然后夹套电缆穿过机器狂轰乱炸用声波来清理每一个规范的污垢。另一个专门的机器然后用两层玻璃纤维胶带包装了电缆绝缘,给它的结构。