Сильные импульсные магнитные поля в физическом эксперементе - Лагутин А.С.
ISBN: 5-283-03910-2
Скачать (прямая ссылка):
превышающее предельное для соленоида из чистой меди (длительность
импульса принималась равной 1-10 мс).
Проводник изолируется с помощью эмалевых покрытий или стекловолокна.
Пустоты в обмотке заполняют эпоксидным компаундом либо в процессе
намотки, либо после него - путем так называемой вакуумной пропитки.
Увеличить механическую прочность компаунда можно добавкой того или иного
высокопрочного наполнителя, например карбида бора [50]. Для вакуумной
пропитки обмотки применяют эпоксидную смолу горячего отвердения типа ЭД-
20 (отвердитель тризтиламин), разведенную ацетоном (20% по объему). Такая
смесь обезгаживается (одновременно с нею - и сама обмотка) под
разрежением при давлении 100 - 1000 Па. Затем компаунд заливается (в
вакууме) в контейнер с помещенной в него обмоткой. Потом в вакуумную
камеру напускается воздух и вновь производится откачка; такие циклы
повторяются 10 -15 раз. Это необходимо для обеспечения хорошего
заполнения пустот в обмотке. Наши эксперименты показали, что при обмотке
в 18 - 20 слоев (шинка сечением 2,5 х 3 мм) пустот после такой процедуры
практически нет. К недостатку вакуумной пропитки следует отнести то, что
в этом процессе нет возможности использовать для упрочнения компаунда
какой-либо наполнитель, так как внутрь обмотки последний практически не
проникает. Возможно, использование вакуума с последующим приложением
значительного (более 107 Па) давления, а также применение предельно
мелкодисперсных наполнителей позволят соединить преимущества вакуумной
пропитки с достоинствами упрочненного наполнителем эпоксидного,
компаунда. В этом случае большое внешнее давление увеличит проникающую
способность компаунда с наполнителем, имеющего значительную вязкость.
Обмотка соленоида закрепляется в прочном наружном бандаже,
предназначенном для сдерживания радиальных деформаций соленоида. Для
уменьшения тепловых потерь применяют охлаждение жидким азотом. При этом
удельное сопротивление медного проводника уменьшается примерно в 8 раз.
Охлаждение соленоида, как уже подчеркивалось, повышает и механическую
прочность материалов конструкции.
2.2.2. Пути повышения ресурса. В настоящее время известно множество
типов соленоидов с обмоткой из меди и однородным распределением тока (см.
в [5,8,10]). Такие соленоиды дают возможность уверенно получать поля с Вт
= 30 -5- 35 Тл длительностью импульса 10-3 с и более в рабочем отверстии
диаметром 1-2 см. При больших амплитудах поля в соленоиде во время
импульса возникают столь значительные деформации, что приходится
применять специальные меры для увеличения ресурса: упрочнение собственно
обмотки соленоида, усиление наружного закрепления соленоида, т.е.
бандажа, и использование глубокого предварительного охлаждения соленоидов
до температуры жидкого неона, водорода или даже гелия.
Упрочнение обмотки. В.И. Ожогин [51] использовал соленоид биконической
формы типа ''песочные часы ' (рис. 2.26). При последовательном, от
импульса к импульсу, увеличении амплитуды поля 44
70
внутренний канал соленоида приобретает цилиндрическую форму - в отличие
от бочкообразной (при исходной цилиндрической намотке), при которой
ослабляется генерируемое поле, но возрастает его однородность. Медный
проводник нагартовывается при натяжении, что увеличивает его прочность.
Однако значительное вытягивание провода при В > 40 Тл приводило к
разрушению соленоида после нескольких импульсов из-за пробоя, вызванного
повреждением изоляции из стекловолокна.
Одним из слабых мест в обмотке соленоида является выводной провод с его
внутреннего (первого) слоя - этот провод испытывает значительные
механические нагрузки во время импульса, что часто приводит к его обрыву
в полях с Вт> 35 Тл. Ю.К. Катрухин, Л.И. Зеликман и А.И. Ворохов [52]
предложили и реализовали конструкцию, свободную от этого недостатка (рис.
2.27) Намотка соленоида осуществлялась одним куском провода от
центральной (перпендикулярной оси) плоскости соленоида. Для избежания
электрического пробоя между секциями помещалась текстолитовая прокладка
толщиной 1 мм. При такой намотке оба вывода соленоида оказались на его
наружном слое, что значительно снизило вероятность их обрыва. Недостаток
этой конструкции в том, что в упомянутом выше центральном сечении
соленоида образуется сильная неоднородность обмотки из-за переходов с
одного слоя на другой, а именно около центрального сечения соленоида
развиваются наибольшие механические усилия. В результате в таких
соленоидах нельзя уверенно получать поля с Вт > 45 Тл, несмотря на
использование для намотки нагартованной медной проволоки прямоугольного
сечения, поскольку именно в центре соленоида возникает электрический
пробой.
Новотный [53] показал, что при использовании предварительно жатой
бандажом обмотки можно значительно, примерно на 40%, усилить поле,
получаемое без существенной деформации соленоида. Эта идея была
реализована Миурой и коллегами [54]. Они пропитывали обмотку и
