แม่เหล็กยิ่งยวด

แม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดเป็นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีขดลวดมีคุณสมบัติเป็นตัวนำยิ่งยวด เช่นเดียวกับแม่เหล็กไฟฟ้าใด ๆ สนามแม่เหล็กถูกสร้างขึ้นที่นี่โดยกระแสตรงที่ไหลผ่านลวดขดลวด แต่เนื่องจากกระแสในกรณีนี้ไม่ผ่านตัวนำทองแดงธรรมดา แต่ผ่านตัวนำยิ่งยวดการสูญเสียที่ใช้งานในอุปกรณ์ดังกล่าวจะมีขนาดเล็กมาก

ในฐานะที่เป็นตัวนำยิ่งยวดสำหรับแม่เหล็กประเภทนี้ตัวนำยิ่งยวดชนิดที่สองมักทำหน้าที่กล่าวคือผู้ที่อาศัยการเหนี่ยวนำแม่เหล็กกับความแข็งแรงของสนามแม่เหล็กตามยาวนั้นไม่เป็นเชิงเส้น

เพื่อให้แม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดเริ่มแสดงคุณสมบัติของมันสภาพทั่วไปไม่เพียงพอ - จะต้องนำไปที่อุณหภูมิต่ำซึ่งโดยหลักการแล้วสามารถทำได้หลายวิธี วิธีที่คลาสสิกคือ: อุปกรณ์ถูกวางไว้ในเรือ Dewar ที่มีฮีเลียมเหลวและเรือ Dewar ที่มีฮีเลียมเหลวนั้นจะถูกวางไว้ในเรือ Dewar อีกลำที่มีไนโตรเจนเหลวเพื่อให้ฮีเลียมเหลวระเหยต่ำที่สุด

เป็นตัวอย่างจริงของแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดที่ทรงพลังเราสามารถใช้แม่เหล็ก Large Hadron Collider (LHC) ซึ่งใช้แม่เหล็กที่แข็งแกร่งที่สุด สนามแม่เหล็ก มีความจำเป็นที่จะต้องให้โปรตอนพลังงานสูงบินด้วยความเร็วอย่างไม่น่าเชื่อในเส้นทางการเคลื่อนที่ภายในอุโมงค์ใต้ดินที่ขยายออกไป

แม่เหล็กไฟฟ้าขนาดใหญ่ 1232 ชิ้นซึ่งมีน้ำหนักประมาณ 30 ตันและมีความยาว 15 เมตรติดตั้งในอุโมงค์ของ LHC แต่ละอัน ลำแสงโปรตอนผ่านที่นี่ผ่านท่อบาง ๆ และหลอดเหล่านี้เพิ่งผ่านเข้าไปในแม่เหล็กไดโพลขนาดของการเหนี่ยวนำที่ถูกควบคุมในช่วง 0.54 ถึง 8.3 ตัน

คุณสมบัติการยิ่งยวดของแม่เหล็กบน LHC นั้นทำได้โดยการใช้ลวดตัวนำยิ่งยวดพิเศษ: ไดโพลแม่เหล็กแต่ละอันประกอบด้วยขดลวดตัวนำยิ่งยวดแต่ละอันด้วยสายไนโอเบียม - ไทเทเนียม

บรรทัดล่างคือไนโอเบียม - ไทเทเนียมเป็นตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิต่ำดังนั้นอุณหภูมิที่ต้องการในการรักษาความเป็นตัวนำยิ่งยวดของขดลวดดังกล่าวอยู่ที่นี่เพียง 1.9 K (ต่ำกว่าอุณหภูมิของรังสีไมโครเวฟพื้นหลังในอวกาศ)

ระบบระบายความร้อนด้วยแม่เหล็ก LHC ทำงานได้ด้วยฮีเลียมเหลวซึ่งเคลื่อนที่ตลอดเวลา ฮีเลียมเหลว 97 ตันตั้งอยู่ภายในเปลือกพิเศษซึ่งความสามารถในการหล่อเย็นของสารทำความเย็นนี้อยู่ภายใต้ความกดดัน

การทำความเย็นโดยตรงของฮีเลียมเหลวเกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของไนโตรเจนเหลว 10,000 ตัน กระบวนการทำความเย็นดำเนินการในสองขั้นตอน: ตู้แช่แข็งแบบดั้งเดิมจะทำให้ฮีเลียมเย็นลงถึง 4.5K ก่อนจากนั้นจะถูกทำให้เย็นลง แต่จะถูกลดความดันลง การกระทำทั้งหมดนี้ใช้เวลาประมาณหนึ่งเดือน

เมื่อเงื่อนไขเกี่ยวกับอุณหภูมิถูกทำให้แน่ใจว่ามีการไหลของกระแสขนาดใหญ่เข้ามา บน LHC กระแสจ่ายแม่เหล็กจะสูงถึง 12,000 แอมป์ ในเวลาเดียวกันการใช้พลังงานเปรียบได้กับแหล่งจ่ายไฟของทั้งเมืองเจนีวา พลังงานไฟฟ้าต่อแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดประมาณ 10 MJ

แม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดยังใช้ในเครื่องเอกซ์เรย์แบบโทโมกราฟีและสเปกโตรมิเตอร์ของ NMR ในรถไฟเบาะแม่เหล็กในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบเทอร์โมนิวเคลียร์และในสถานที่ทดลองอื่น ๆ เช่น เกี่ยวข้องกับการลอย.

ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจ: สนามแม่เหล็กที่อ่อนแอไม่มีผลกระทบใด ๆ ต่อ diamagnetics แต่เมื่อมันมาถึงสนามแม่เหล็กแรงที่เกิดจากแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดภาพที่นี่มีการเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญคาร์บอนซึ่งเข้าสู่วัตถุอินทรีย์และสิ่งมีชีวิตเป็น diamagnet ดังนั้นกบมีชีวิตสามารถลอยขึ้นไปในสนามแม่เหล็กด้วยการเหนี่ยวนำ 16 T