Ímãs supercondutores

Um ímã supercondutor é um eletroímã cujo enrolamento tem a propriedade de um supercondutor. Como em qualquer eletroímã, o campo magnético é gerado aqui pela corrente contínua que flui através do fio do enrolamento. Porém, como a corrente passa neste caso não por um condutor de cobre comum, mas por um supercondutor, as perdas ativas em um dispositivo desse tipo serão extremamente pequenas.

Como supercondutores para ímãs desse tipo, os supercondutores do segundo tipo quase sempre agem, ou seja, aqueles nos quais a dependência da indução magnética da força do campo magnético longitudinal é não linear.

Para que um ímã supercondutor comece a mostrar suas propriedades, as condições comuns não são suficientes - ele deve ser levado a uma temperatura baixa, o que, em princípio, pode ser alcançado de várias maneiras. A maneira clássica é a seguinte: o dispositivo é colocado em um recipiente Dewar com hélio líquido, e o recipiente Dewar com hélio líquido é colocado dentro de outro recipiente Dewar, com nitrogênio líquido, para que o hélio líquido evapore o mais baixo possível.

Como um exemplo real de um poderoso ímã supercondutor, podemos usar o ímã Large Hadron Collider (LHC), no qual, usando o mais forte campo magnético é necessário manter os prótons de alta energia voando a uma velocidade incrível em uma certa trajetória dentro de um túnel subterrâneo estendido.

1232 eletroímãs enormes, cada um pesando cerca de 30 toneladas e comprimento de 15 metros, são instalados no túnel do LHC, um após o outro. Os feixes de prótons passam aqui através de tubos finos, e esses tubos passam apenas dentro de ímãs dipolos, cuja magnitude de indução é regulada na faixa de 0,54 a 8,3 T.

As propriedades supercondutoras dos ímãs no LHC são alcançadas usando um fio supercondutor especial: cada dipolo magnético contém uma bobina supercondutora individual enrolada com um cabo de nióbio-titânio, e o próprio cabo é composto pelos fios mais finos com um diâmetro de 6 mícrons.

A conclusão é que o nióbio-titânio é um supercondutor de baixa temperatura; portanto, a temperatura necessária para manter a supercondutividade nominal desses enrolamentos é de apenas 1,9 K (abaixo da temperatura da radiação de microondas de fundo no espaço sideral).

O sistema de refrigeração com ímã LHC funciona graças ao hélio líquido, que está constantemente em movimento. 97 toneladas de hélio líquido estão localizadas dentro de uma carcaça especial, onde a superfluidez desse líquido de refrigeração é alcançada sob uma certa pressão.

O resfriamento direto do hélio líquido ocorre sob a influência de 10.000 toneladas de nitrogênio líquido. O processo de resfriamento é realizado em duas etapas: um freezer do tipo convencional primeiro resfria o hélio a 4,5 K e depois é resfriado adicionalmente, mas já sob pressão reduzida. Toda essa ação leva cerca de um mês.

Quando as condições de temperatura são garantidas, a mudança de grandes correntes se instala. No LHC, a corrente de alimentação dos ímãs atinge 12.000 amperes. Ao mesmo tempo, a energia é consumida, comparável à contabilizada pelo fornecimento de energia de toda a cidade de Genebra. A energia elétrica por ímã supercondutor é de aproximadamente 10 MJ.

Os ímãs supercondutores também são usados ​​em tomógrafos e espectrômetros de RMN, em trens de almofada magnética, em reatores termonucleares e em muitas outras instalações experimentais, por exemplo associado à levitação.

Um fato interessante: os campos diamagnéticos fracos praticamente não têm efeito tangível na diamagnetica, mas quando se trata de campos magnéticos fortes gerados por ímãs supercondutores, a imagem aqui muda significativamente.O carbono que entra nos objetos orgânicos e nos organismos vivos é um diamagnet; portanto, um sapo vivo pode subir em um campo magnético com uma indução de 16 T.