Сильные импульсные магнитные поля в физическом эксперементе - Лагутин А.С.
ISBN: 5-283-03910-2
Скачать (прямая ссылка):
причем оба работают в номинальном режиме и суммарный ток не превышает 20
кА, при зтом напряжение равно 230 В; тем самым достигается четырехкратный
запас по току для каждого генератора.
Подробно было изучено влияние размеров соленоида, типа обмотки,
подводимого тока на параметры импульса поля - его длительность и
амплитуду (рис. 2.36, табл. 2.4), что позволило сделать следующие выводы.
В экспериментах использовались соленоиды двух типов: ленточный и
стандартный, намотанный проводом прямоугольного сечения. В первом случае
обмотки изготовлялись из широкой медной ленты, изолированной майларом.
Внутренний диаметр 2, наружный 14, длина обмотки (т.е. ширина ленты) 8
см. Такой соленоид хорошо работал при раз-
Таблица 2.4. Расчетные параметры охлаждаемых жидким азотом соленоидов с
медной обмоткой, предназначенных для получения квазистатнческнх СМП.
Коэффициент заполнения Х= 0,9, Uc = 200 В, /тах= 20 кА [68]
Внутренний радиус, см 1 1 1 1
Наружный радиус, см 6 8 10 12
Длина, см 8 8 13,3 16
Too, с 0,097 0,157 0,326 0,497
Дт.Тл 40,7 39,1 37,1 35,5
Масса проводника, кг 7,1 12,7 33,2 57,6
57
ряде на него конденсаторной батареи энергоемкостью 100 кДж, если т0о **
10"2 с. Однако при больших длительностях поля - при работе с мотор-
генератором в качестве источника тока - обнаружилось быстрое ухудшение
состояния обмотки с утоныпением изоляции и разрушением витков. Тем не
менее в соленоиде такой конструкции удалось достичь Вт = 34 Тл при токе в
максимуме примерно 15 кА [68].
Второй тип обмотки - стандартный, однако при намотке соленоидов большого
объема использовались два параллельных, один поверх другого,
изолированных проводника сечением 6x3 мм, так что эффективное поперечное
сечение витка составляло 6x6 мм. Такое нововведение значительно облегчило
изготовление соленоида, так как в процессе намотки проводники могли без
помех скользить относительно друг друга. Перед каждым импульсом соленоиды
охлаждались до температуры жидкого азота, причем при Вт > 30 Тл в
стандартных соленоидах большого объема (наружный диаметр 16 см) для этого
требовалось 90 мин, что неудобно для работы.
Ленточные соленоиды, представляющие собой многослойные катушки,
намотанные широким тонким проводником (в каждом слое только один виток),
требуют в 2-4 раза меньше времени для охлаждения между импульсами. В их
межвитковой изоляции имеются специальные каналы для охлаждения, тем не
менее ресурс у ленточных соленоидов невелик. Кроме того, для них
характерна низкая линейная плотность тока (на единицах длины соленоида),
что вызывает необходимость применения источников с существенно большим
током, чем для обычного многовиткового соленоида. Подробные исследования
ленточных соленоидов проведены М.Ю. Каневским [69]. В Национальной
магнитной лаборатории США кроме ленточных разрабатываются соленоиды
стандартного типа, но с каналами для охлаждения внутренних частей обмотки
[68]. Главная задача при этом, учитывая неизбежное ухудшение прочностных
характеристик конструкции, сохранить достаточный ресурс работы,
соленоида.
23. СПИРАЛЬНЫЕ СОЛЕНОИДЫ
2.3.1. Однослойная спираль. Такие импульсные соленоиды часто
применяются для генерации СМП в диапазоне В = 40 -г 100 Тл. Фонер и Колм
в 1957 г. впервые получили в точеном спиральном соленоиде, изготовленном
из бериллиевой бронзы (Си + 2%Be), магнитное поле с Вт = 75 Тл и т0о =
120 мкс [70]. Внутренний диаметр соленоида был 6,3 мм, наружный 25 мм,
длина 20 мм, число витков 15. Источником энергии служила конденсаторная
батарея емкостью 2 мкФ с максимальным напряжением 3 кВ. Выбор материала
для изготовления спирали был обусловлен сочетанием в таком сплаве высокой
прочности (см. табл. 2.1) и сравнительно малого удельного сопротивления
(около 8 мкОм ¦ см). Существенным преимуществом спирального соленоида
58 (// 'У' " 1 '' о..... •
(по сравнению с одновитковым) является относительно большая собственная
индуктивность, что необходимо для эффективной передачи в него энергии от
источника, а также высокая механическая прочность - соленоид хорошо
выдерживает как осевые, так и радиальные нагрузки.
Изоляция образована слоями прокладок-шайб, имеющих радиальный разрез и
вставленных в обмотку таким образом, что разрезы смежных шайб развернуты
на пол-оборота относительно друг друга (в результате все шайбы образуют
двойную спираль). Материалом для изоляции могут служить натуральная
слюда, полиамидная пленка, а также их сочетание с различными
стеклопластиками и эпоксидными компаундами. Спираль с изолирующими
прокладками сжимается торцевыми фланцами, служащими одновременно и
токопроводами. Фонер и Колм применяли специальную керамику для обмазки
спирали внутри и снаружи. Керамика прочно сцеплялась с металлом,
превращая соленоид в монолит и предотвращая электрический пробой между
витками в рабочем канале соленоида. В.Р. Карасик [71] использовал для
пропитки соленоида эпоксидный компаунд, а бандаж изготовлял из стали.
Стивенсон [72] подробно исследовал поведение спиральных соленоидов,
