Сильные импульсные магнитные поля в физическом эксперементе - Лагутин А.С.
ISBN: 5-283-03910-2
Скачать (прямая ссылка):
полимеризовали эпоксидный компаунд под гидростатическим давлением 5 • 106
Па при температуре 130 °С, затем монолит обтачивался
45
Рис. 2.27. Многовитковый соленоид с секционированной обмоткой [52]:
1 - обмотка; 2 - эпоксидный компаунд; 3. 5 - изолирующие прокладки; 4 -
стальная щека; 7 - болт; 8 - бандаж; 9 - изоляция из стеклоткани
под размер, несколько больший внутреннего диаметра стального бандажа.
Потом производилась ''горячая" посадка обмотки в бандаж: он нагревался до
300 °С, а обмотка предварительно охлаждалась жидким азотом. Такой
соленоид позволял получать поле с Вт до 45 Тл при г0 о *** Ю мс
(накопитель - конденсаторная батарея энергоемкостью 200 кДж при
максимальном напряжении 5 кВ).
Усиление наружного бандажа. Другим способом повышения прочности соленоида
в целом может служить его армирование снаружи стекловолокном, пропитанным
эпоксидным компаундом, и (или) заключение соленоида в бандаж из прочной
стали. Иттербек и коллеги [55] создавали предварительно напряженный
стальной бандаж, впрессовывая в него соленоид. Аналогичная процедура
применялась HJE. Алексеевским и коллегами [56]. В [57] механические
напряжения в бандаже создавали другим способом - с помощью самого
соленоида. Сперва в соленоиде, помещенном в бандаж, генерировалось
несколько раз поле с Вт 40 Тл, после чего соленоид удаляли, а бандаж,
принявший бочкообразную форму, растачивали изнутри под цилиндр и затем в
него вставляли другой, рабочий соленоид. При этом удалось однократно
получить поле индукцией 51,7 Тл и длительностью импульса 17 мс.
Воспроизводились же поля с Вт < 45 Тл.
Существенным недостатком бандажей из нержавеющей стали являются потери
магнитного потока, обусловленные ненулевой проводимостью замкнутого
бандажа. Это приводит к необходимости увеличения тока в обмотке
импульсного соленоида для получения поля заданной индукции и,
следовательно, к увеличению механических напряжений в об-
мотке. От этого недостатка свободны диэлектрические бандажи, выполненные
из стеклопластика или стеклонити, пропитанной эпоксидным компаундом [2,
58].
Охлаждение соленоидов криогенными жидкостями. Рассмотрим, наконец, и
последний из упомянутых выше способов увеличения амплитуды поля,
получаемого в импульсном соленоиде, а именно - глубокое предварительное
(перед импульсом) охлаждение. Результатом этого является повышение
прочности металлов (см., например, [2]). Кроме того, предварительное
охлаждение соленоида позволяет увеличить амплитуду поля, которую
ограничивает и нагрев проводника за время импульса (см. рис. 2.1).
Теплота, выделяющаяся в обмотке за время импульса, обычно не успевает
передаться в заметном количестве охладителю за этот временной промежуток.
Температура обмотки после импульса определяется многими факторами:
начальной температурой соленоида, зависимостью теплоемкости от
температуры, зависимостью электрического сопротивления провода от
магнитного поля, геометрией соленоида и т.п.
Глубокое охлаждение импульсных соленоидов применяют также для решения
специальных задач: либо при конструировании миниатюрных установок,
потребляющих минимальную энергию, либо для получения достаточно
длительных (около 1 с) импульсов СМП в соленоидах радиусом рабочего
отверстия несколько сантиметров, когда диссипируемая в соленоиде при
комнатной температуре энергия столь велика, что ее быстрый отвод лежит за
пределами конкретных технических возможностей ([8, 26]).
Так, в [65] описаны соленоиды импульсного спектрометра миллиметрового и
субмиллиметрового диапазонов, которые охлаждались жидким азотом,
водородом или гелием. Соленоид наматывался на трубку из нейзильбера
длиной 25 и диаметром 6 мм. Для увеличения механической прочности обмотка
пропитывалась эпоксидным компаундом и помещалась в бандаж из нержавеющей
стали. Использовались два варианта соленоида: либо 80 витков медной шины
сечением 1,08x2,44 мм, либо 350 витков провода ПЭЛШО-0,72. Время
нарастания импульса поля для первого соленоида при разряде батареи
конденсаторов емкостью 7 мФ составляло 0,9 мс, для второго 2,5 мс (с
батареей емкостью 3,5 мФ). Значение Вт достигало 30 Тл (для обоих
соленоидов).
2.2.3. Соленоид повышенной надежности для импульсов поля с
Вт = 50 Тл. Несмотря на все усилия, долгое время не удавалось изготовить
соленоид, позволяющий многократно генерировать длительные (т00 > 10-2 с)
импульсы магнитного поля с Вт > 50 Тл. Оказалось, что зту задачу можно
решить, сочетая отдельные преимущества описанных выше конструкций и
используя в качестве материала обмотки современный композитный материал -
медь, армированную нитями NbTi [59].
47
Рис. 2.28. Соленоид повышенной надежности для импульсов поля амплитудой
Вт = 50 Тл (Т00 " " 15 мс) [59]:
1 - изолирующая прокладка; 2 - эпоксидный компаунд; 3 -обмотка; 4 -
диэлектрический бандаж; 5 - фланец; б - болт
Прочность соленоида определяется в основном прочностью провода. Для
намотки использовался изготавливаемый промышленностью провод из NbTi,
