¿Cómo puedo poner una corriente permanente en un circuito superconductor?

Question

Sé que puede utilizar la inducción para crear una corriente en un circuito superconductor, pero esto sólo funciona mientras la bobina que induce el campo tiene una corriente que fluye a través de él. Y obviamente, esto no puede trabajar para los grandes imanes que se utilizan en los escáneres de MRI o NMR máquinas.

¿Cómo funciona?

Answer 1

En realidad, funciona la inducción, a pesar de que se utiliza a menudo de forma un poco diferente de lo que usted describe. Usted puede colocar una cálida superconductor bucle en una bobina normal. Como cambiar la bobina de encendido, habrá algunos de corriente en el interior del superconductor, pero ya no es frío, sin embargo, esta corriente rápidamente se muere. A continuación, enfriar el superconductor por debajo de su temperatura crítica. Ahora, al desconectar la bobina normal, el flujo de cambio induce una corriente en el superconductor de bucle. Esta corriente está ahí para quedarse.

Con el buen devanados de la bobina, puede llegar a ser muy grandes corrientes, pero usted no será capaz de llegar al campo de las energías que se necesitan en la RMN o las máquinas de resonancia magnética. Estos imanes son energizados (a veces llamado "cargado") de manera diferente. El truco es hacer parte del bucle normal llevando a cabo durante la carga, y luego "cerrar el bucle" cuando se energiza la bobina.

Si desea conocer más detalles, este es el esquema eléctrico en cómo se hace:

He utilizado los valores de una típica 5 Tesla RMN imán que me energiza hace un par de años.

Voy a dejar de lado todos esos molestos detalles que hacen que la carga de un verdadero imán superconductor una molestia. El procedimiento se reduce a esto:

1. Comience con el suministro de corriente y el voltaje de la fuente de $V_1$ en el estado de apagado. Fría del criostato hacia abajo hasta que el superconductor (sc) cables están por debajo de su temperatura crítica. La mayoría de los imanes de uso NbTi, que tiene una temperatura crítica de 9 grados Kelvin. Se puede llegar a esta temperatura por inmersión de las bobinas en helio líquido, que hierve a 4 grados Kelvin.
2. Interruptor de la alimentación de tensión $V_1$. Esto envía una pequeña corriente a través de $R_1$, la creación de una pequeña cantidad de calor (10 mW). Una parte de este calor se calienta el adyacentes sc cable, de modo que se convierte en normal realización (nc), lo que significa que se tendrá una resistencia de unos pocos Ohmios en ese momento en particular. Vamos a llamar a esta parte el "caliente punto".
3. Marcar el máximo de corriente que la bobina puede tomar (30) en la fuente de corriente y establecer su límite de tensión a no más de $V_\text{charge} = 1\,\text{V}$ ; a continuación, enciéndalo. (Nota: El limite de voltaje bajo en realidad hace que la fuente de corriente de una fuente de voltaje durante la aceleración.) El voltaje de carga es aplicada a través de la bobina y el "caliente punto". Esto lleva a dos efectos:
   • Una corriente constante $$I_\text{heated point} = \frac{V_\text{charge}}{R_\text{heated point}} \approx 200\,\text{mA}$$ will flow through the "heated point" and continues to heat it. The external heater can be switched off at this point by setting $V_1$ 0.
   • La corriente en la bobina de la rampa a una tasa de $$ \frac{dI_\text{coil}}{dt} = \frac{V_\text{charge}}{L} \approx 5\,\text{mA/s}\, $$ ya que la auto-inductancia de la bobina "empuja" en contra de un cambio de la corriente.
4. Después de 100 minutos de la fuente de corriente será en 30 A. Ya que el actual no está cambiando nada más, la única tensión que la fuente de corriente debe aplicar es la poca cantidad que se necesita para empujar 30 a través de la normal realización (nc) de la parte de los cables. La caída de voltaje a través de la bobina, y a través de los climatizada punto, ahora es 0. Todos los flujos de corriente de la fuente de corriente a través de la bobina y, a continuación, volver a la fuente de corriente.
5. Porque no corriente pasa a través de la "caliente" punto de más, esta parte del hilo es que ya no se calienta. Como su temperatura baja de la temperatura en el criostato, rápidamente (en cuestión de segundos) se convierte en superconductor de nuevo.
6. La rampa de bajada (no demasiado rápido, tal vez dentro de un par de minutos, sólo para estar en el lado seguro) de la corriente de la fuente de corriente. La bobina es ahora parte de un superconductor de bucle, por lo que su actual permanecerá constante! La corriente que no va a través de la fuente de corriente ya pasa a través de la (previamente calentado) de la ruta de retorno del superconductor.

Con el bucle cerrado, el imán está ahora en "conservar" el modo, por lo que la corriente va para siempre. Bueno, quizás no para siempre, por lo general hay un poco de resistencia que nos lleva al "flujo de fluencia". Para el imán estoy usando esta es una inusualmente bajo valor de $10^{-11}$ Ohm, lo que hace que la caída de la corriente con una constante de tiempo de unos 100 000 años. El diseñador de la imán especula que esta resistencia es causada por la soldadura y que es necesaria para activar el alambre en forma de bucle (ver el enlace de arriba, cerca del final de la ponencia). Otras razones que se dan a menudo para este efecto involucrar a los detalles que son específicos de los superconductores de tipo II.