超导电磁铁
编辑超导电磁体是使用超导体的电磁体。由于超导体没有电阻并且没有发热问题,因此它可以产生比普通电磁体更强的磁力。它已经在核磁共振谱(NMR)和核磁共振成像(MRI)中投入实际使用,并且通常使用超导现象。将来,有望将其用于磁悬浮铁路。超导磁体有时写在工程领域超导电电磁体(超导电写入也为导磁体)。
超导体是电阻,因为是零持续功率是从发热永久强没有问题移除力可以产生。为了利用使用普通金属的电磁体产生强磁场,必须使大电流通过,这会由于电阻而引起金属发热的问题。由于金属具有随温度升高而增加其电阻的特性,因此对通过的电流有限制,因为当产生热量时电阻继续增加。超导体具有不产生热量的优点,但是具有易受磁场影响的缺点。如果产生了超过临界磁场(可以维持超导现象的磁场的极限)的磁场,则超导现象会消失。当从外部施加相同的磁场时,超导现象消失。因此,该材料是对外部磁场具有强力的II型超导体。
超导体的使用温度远低于材料的转变温度,因为临界磁场会随着温度下降到转变温度(转变温度与超导率之间的边界温度)以下而增加。大量4.2K(开尔文)液氦被用作冷却液。
如果由于某种原因超导现象消失(淬火),则会突然产生电阻,并可能因发热而损坏,因此,通常将超导线埋入铜制的母线中。是的 该铜线是提高安全性所必需的,并且当超导现象发生破坏时,它具有代替超导体流动的作用。正常情况下,电流流过电阻为零的超导体,电流没有流过铜线,但是,如果电流发生变化,电流也会流过铜,从而产生热量。
液态氦是不必要的,骤冷可能低温度超导使用磁体本体上模型4 7 Ť已经出现磁铁 。
超导电磁铁材料
编辑最超导磁体在实际使用中,铌钛是由(的NbTi)的。这种材料的转变温度为10K,在4.2K时的临界磁场约为12T(特斯拉)。转变温度为18K的铌锡(Nb 3 Sn)可以产生具有更高临界磁场的电磁体,并且在4.2K时可以承受25-30T的临界磁场。然而,铌锡(NB 3至Sn)是困难和昂贵的,使一线材,通常铌钛(的NbTi)被使用。
的Nb 3为了产生除Sn,临界磁场的较高磁场铜氧化物高温超导体(钇钡铜氧化物或铋系超导体)和二硼化镁具有高转变温度,如超已经进行了使用导体的研究[3]。在山梨试验线上进行了以铋系超导体为导线的线性超导电磁体的运行试验,记录速度为553 km / h。铋基超导体的转变温度约为110 K(-163°C),超导线圈被冰箱直接冷却至约20 K,并且没有诸如液氦或液氮之类的制冷剂。二硼化镁(MgB 2)在2000年被发现具有超导性,JR东海和美国材料科学研究所联合开发了超导电磁线圈。这种新的线圈可以在大约20K(-253°C)下保持超导状态,可以直接通过冰箱进行冷却,而无需使用液化氦气进行冷却。钇基超导体的转变温度约为90K(-183°C),因此它比铋基超导体的转变温度低,并且其实际应用有所延迟,但是据说对于产生强磁场是有利的。
超导电磁铁应用
编辑- 核磁共振波谱(NMR)和核磁共振成像(MRI)中的超导电磁体
- 使用超导磁体的设备很大,线圈的总重量达数百公斤,因此安装现场的地板必须坚固。由于线圈的轴是垂直的,因此磁场的方向也是垂直的。线圈液氦含有杜瓦置于其内,所述液态氦沸点保持在低于(4.2 K)。
- 由于液氦蒸发并流失,因此需要定期补充。超导磁体用于产生特别强的磁场,氦沸腾(4.2 K)临界磁场为不足轻微减压到液体氦汽化剥夺加热由,超流化点汽化(2.1 K)临界磁场通过冷却至以下而增加。一些具有相对小的磁场的设备设置有屏蔽磁体,以抑制设备周围的泄漏磁场。这是通过产生与主磁体相反的弱磁场来抑制磁体外部的磁场。另外,由于液氦价格昂贵,所以为了抑制蒸发,在杜瓦瓶中还充填了相对廉价的液氮,以防止来自外部的热传导。不需要液氦的使用二硼化镁(MgB 2)的设备已经在MRI中投入实际使用。
- 磁悬浮铁路中的超导电磁体
- 在超导线性系统中,使用了一个超导电磁体,以便稳定地获得强大的磁力,该磁力漂浮在车辆一侧并用于两个推进。马格里布(Maghreb)中使用的超导电磁线圈是嵌入在铜基材料中的基于铌钛(NbTi)合金的超细多芯线。线圈中流过的电流约为700A。
- 具体地,为了抑制热量从外部进入,超导电磁体被容纳在容纳液化氦的内部容器中。此外,内部储罐容器设有辐射屏蔽板,并用液氮冷却至约77K(-196°C)。此外,将内部罐容器和外部空气之间的空气抽真空并包裹在外部罐容器中,以使其处于真空状态。如果由于温度升高而取消了超导状态,则会出现淬灭现象,在该现象中,由于大电流和所产生的电阻,磁力突然消失。
- 托卡马克聚变反应堆中的超导电磁体
- 目前正在开发的托卡马克型聚变反应堆ITER的超导电磁体在温度控制等方面需要与其他应用相同的考虑因素。线圈本身必须足够坚固以承受。因此,在将超导电缆放入护套中之后,将其进一步嵌入加强板的凹槽中以提高强度。
- 重离子癌症治疗中的超导电磁体
- 通过使用超导磁体以重粒子线,显著更小和更轻,的控制,并成功地节电。
- 发电机中的超导电磁体
- 风力发电机的领域是使用超导磁铁,效率提高 。
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