Supravodivé magnety

Supravodivý magnet je elektromagnet, jehož vinutí má vlastnost supravodiče. Stejně jako u každého elektromagnetu je zde magnetické pole generováno stejnosměrným proudem protékajícím vinutím. Ale protože proud v tomto případě neprochází běžným měděným vodičem, ale supravodičem, budou aktivní ztráty v takovém zařízení extrémně malé.

Jako supravodiče pro magnety tohoto typu působí supravodiče druhého druhu téměř vždy, tj. Ty, u kterých je závislost magnetické indukce na síle podélného magnetického pole nelineární.

K tomu, aby supravodivý magnet začal ukazovat své vlastnosti, nestačí běžné podmínky - musí se dostat na nízkou teplotu, čehož lze v zásadě dosáhnout různými způsoby. Klasickým způsobem je toto: zařízení je umístěno v Dewarově nádobě s kapalným heliem a Dewarova nádoba s kapalným heliem je umístěna uvnitř jiné Dewarovy nádoby s kapalným dusíkem, takže kapalné helium se vypaří na co nejnižší teplotu.

Jako skutečný příklad výkonného supravodivého magnetu můžeme použít magnet s velkým hadronem (LHC), ve kterém využíváme nejsilnější magnetické pole je nutné držet vysokoenergetické protony létající neuvěřitelnou rychlostí na určité trajektorii uvnitř rozšířeného podzemního tunelu.

V tunelu LHC se za sebou instaluje 1232 obrovských elektromagnetů, z nichž každý váží asi 30 tun a má délku 15 metrů. Protonové paprsky zde procházejí tenkými trubicemi a tyto trubice právě procházejí uvnitř dipólových magnetů, jejichž velikost indukce je regulována v rozsahu od 0,54 do 8,3 T.

Supravodivé vlastnosti magnetů na LHC se dosahují pomocí speciálního supravodivého drátu: každý magnetický dipól obsahuje samostatnou supravodivou cívku navinutou niob-titanovým kabelem a samotný kabel se skládá z nejtenčích drátů o průměru 6 mikronů.

Pointa je, že niob-titan je nízkoteplotní supravodič, takže teplota potřebná k udržení nominální supravodivosti takových vinutí je zde pouze 1,9 K (nižší než teplota pozadí mikrovlnného záření pozadí ve vesmíru).

Chladicí systém LHC magnetů pracuje díky kapalnému heliu, které je neustále v pohybu. 97 tun kapalného helia je umístěno uvnitř speciální skořepiny, kde je superfluidita tohoto chladiva dosažena pod určitým tlakem.

K přímému chlazení kapalného helia dochází pod vlivem 10 000 tun kapalného dusíku. Chlazení se provádí ve dvou stupních: běžný typ mrazáku nejprve ochlazuje hélium na 4,5 K a poté se navíc ochladí, ale již pod sníženým tlakem. Celá tato akce trvá asi měsíc.

Když jsou zajištěny podmínky týkající se teploty, zapne se otočení obrovských proudů. Na LHC dosahuje napájecí proud magnetů 12 000 ampér. Současně je spotřebována energie, srovnatelná s energií, která odpovídá za dodávku energie do celého Ženevy. Elektrická energie na supravodivý magnet je přibližně 10 MJ.

Supravodivé magnety se také používají v NMR tomografech a spektrometrech, ve vlacích s magnetickým polštářem, ve fúzních reaktorech a v mnoha dalších experimentálních instalacích, například spojené s levitací.

Zajímavý fakt: slabá diamagnetická pole nemají prakticky žádný hmatný účinek na diamagnetiku, ale pokud jde o silná magnetická pole generovaná supravodivými magnety, obraz se zde výrazně mění.Uhlík vstupující do organických objektů a živých organismů je diamagnet, takže živá žába může stoupat v magnetickém poli s indukcí 16 T.