Aimants supraconducteurs

Un aimant supraconducteur est un électroaimant dont l'enroulement a la propriété d'un supraconducteur. Comme dans tout électroaimant, le champ magnétique est généré ici par un courant continu traversant le fil de bobinage. Mais puisque le courant passe dans ce cas non pas à travers un conducteur en cuivre ordinaire, mais à travers un supraconducteur, les pertes actives dans un tel dispositif seront extrêmement faibles.

En tant que supraconducteurs pour des aimants de ce type, les supraconducteurs du deuxième type agissent presque toujours, c'est-à-dire ceux dans lesquels la dépendance de l'induction magnétique sur la force du champ magnétique longitudinal est non linéaire.

Pour qu'un aimant supraconducteur commence à montrer ses propriétés, les conditions ordinaires ne suffisent pas - il faut le porter à une température basse, qui peut en principe être obtenue de différentes manières. La manière classique est la suivante: l'appareil est placé dans un récipient Dewar avec de l'hélium liquide, et le récipient Dewar avec de l'hélium liquide lui-même est placé à l'intérieur d'un autre récipient Dewar, avec de l'azote liquide, de sorte que l'hélium liquide s'évapore le plus bas possible.

Comme exemple réel d'un aimant supraconducteur puissant, nous pouvons utiliser le grand aimant du collisionneur de hadrons (LHC), dans lequel, en utilisant le plus puissant champ magnétique il est nécessaire de maintenir des protons de haute énergie volant à une vitesse incroyable sur une certaine trajectoire à l'intérieur d'un tunnel souterrain prolongé.

1232 énormes électro-aimants, pesant chacun environ 30 tonnes et d'une longueur de 15 mètres, sont installés l'un après l'autre dans le tunnel du LHC. Les faisceaux de protons passent ici à travers des tubes minces, et ces tubes passent juste à l'intérieur d'aimants dipôles, dont l'amplitude de l'induction est réglée dans la plage de 0,54 à 8,3 T.

Les propriétés supraconductrices des aimants sur le LHC sont obtenues en utilisant un fil supraconducteur spécial: chaque dipôle magnétique contient une bobine supraconductrice individuelle enroulée avec un câble en niobium-titane, et le câble lui-même est composé des fils les plus fins d'un diamètre de 6 microns.

L'essentiel est que le niobium-titane est un supraconducteur à basse température, de sorte que la température requise pour maintenir la supraconductivité nominale de ces enroulements n'est ici que de 1,9 K (inférieure à la température du rayonnement micro-ondes de fond dans l'espace).

Le système de refroidissement magnétique du LHC fonctionne grâce à l'hélium liquide, qui est constamment en mouvement. 97 tonnes d'hélium liquide sont situées à l'intérieur d'une coque spéciale, où la superfluidité de ce liquide de refroidissement est obtenue sous une certaine pression.

Le refroidissement direct de l'hélium liquide se produit sous l'influence de 10 000 tonnes d'azote liquide. Le processus de refroidissement est effectué en deux étapes: un congélateur de type conventionnel refroidit d'abord l'hélium à 4,5 K, puis il est en outre refroidi, mais déjà sous pression réduite. Toute cette action prend environ un mois.

Lorsque les conditions de température sont assurées, le tour d'énormes courants s'installe. Sur le LHC, le courant d'alimentation des aimants atteint 12 000 ampères. Dans le même temps, l'énergie consommée est comparable à celle qui alimente toute la ville de Genève. L'énergie électrique par aimant supraconducteur est d'environ 10 MJ.

Les aimants supraconducteurs sont également utilisés dans les tomographes et spectromètres RMN, dans les trains à coussin magnétique, dans les réacteurs à fusion et dans de nombreuses autres installations expérimentales, par exemple associée à la lévitation.

Un fait intéressant: les champs diamagnétiques faibles n'ont pratiquement aucun effet tangible sur la diamagnétique, mais en ce qui concerne les champs magnétiques puissants générés par les aimants supraconducteurs, l'image ici change considérablement.Le carbone pénétrant dans les objets organiques et les organismes vivants est un diamagnet donc une grenouille vivante peut planer dans un champ magnétique avec une induction de 16 T.