Сильные импульсные магнитные поля в физическом эксперементе - Лагутин А.С.
ISBN: 5-283-03910-2
Скачать (прямая ссылка):
внутренней поверхности центрального витка не опускается ниже 100 ° С.
2.3.2. Многосекционные импульсные соленоиды. Существенный прогресс в
технике получения СМП с помощью соленоидов спирального типа достигнут в
Осакской лаборатории сильных магнитных полей [42, 43]. Успех этой группы
исследователей обусловлен использованием для изготовления соленоидов
новых конструкционных материалов, а также применением метода
самоподдерживающихся обмоток для многосекционных соленоидов [31].
61
Материалом для спиральных соленоидов была выбрана мартенсит-но-стареющая
сталь (maraging steel). Благодаря специальной термообработке ее прочность
более чем в 2 раза превосходит прочность берил-лиевой бронзы. Основные
физико-технические характеристики мартен-ситно-стареющей стали приведены
ниже:
Модуль упругости ....................... 2 • 104 МПа
Прочность на разрыв .......... .... 2200 МПа
Удельное электрическое сопротивление 35-50 мкОм ¦ см
Плотность...................... 8,0 г/см3
Магнитная индукция в поле напряженностью 4 • 10s А/м
..................... 1,855 Тл
Остаточная магнитная индукция .... 0,55 Тл
Температура плавления.......... 1400-1500 С
Режим термообработки (''старение") . . 490-510 °С в те-
чение 3 ч
Состав.................................. Fe; 18% Ni; 12%Со;
4,6% Мо; 1,2% Ti; 0,03% С
Видно, однако, что электрическая проводимость этого материала в 7 раз
хуже, чем у сплавов Си- Be. Поэтому во избежание перегрева соленоида за
время импульса были приняты меры по уменьшению его сопротивления. В
частности, увеличена толщина витков и уменьшено их число по сравнению с
обычно используемыми соленоидами из бериллиевой бронзы, в результате чего
нагрев обмотки за один импульс не превышал 300 °С (исходная температура -
комнатная). Спираль каждого слоя вытачивалась на токарном или фрезерном
станке.
Для обеспечения надежного контакта спирали с токопроводами использовался
соленоид специальной формы (рис. 2.38): по обоим концам спирали
располагались массивные (толщиной 3-4 см) цилиндрические блоки (торцы)
такого же диаметра, как и соленоид. Увеличенная инерция этих массивных
торцов повышает надежность соединения (болтами) соленоида с
токопроводами. Надежного контакта в этом месте другим путем достичь не
удавалось даже с применением сварки -если использовать обычный спиральный
соленоид без массивных торцов [5]. Интересно, что точно такое же решение,
как и в Осаке, применили ранее И.Г. Факидов и Э.А. Завадский [74] при
конструировании простого (однослойного) спирального соленоида. Для
уменьшения потерь потока, обусловленных ненулевой проводимостью материала
торцевых блоков, в них проделаны разрезы (см. рис. 2.38). На первом этапе
разработки конструкции разрез делался вдоль радиального направления, что
показано пунктиром на рис. 2.38. Однако при этом спирали разрушались
именно вблизи торцов. После того как разрезы были сделаны в
тангенциальном направлении, таких явлений не наблюдалось.
При изготовлении спирали начальное расстояние между витками составляло
примерно 3 мм. Затем осуществлялась подготовка к термооб-62
Рис. 2.38. Вид сбоку (в) и вид с торца (б) точеной спирали для
однослойного соленоида [33]:
1, 3 - торцы; 2 - спираль; 4, 5 - вырезы; б - разрез
работке; вместо изолирующих прокладок между витками укладывались
металлические прокладки такой же толщины, как и будущие изолирующие
прокладки (около 1 мм), потом спираль стягивалась вдоль оси с помощью
металлических фланцев и болтов. Термообработка ("состаривание")
проводилась при температуре 500 °С в течение 3 ч.
Материалом изолирующих прокладок служили натуральная слюда и полиамидная
пленка толщиной соответственно 0,1 и 0,6 мм. Между соседними витками
располагались два слоя такой комбинированной изоляции. Каждый из концов
спирали 7 (рис. 2.39) соединялся с токопро-водом 3 шестью болтами 4 из
немагнитной стали, а между торцом соленоида и токопроводом помещалась
тонкая медная прокладка - она служила для обеспечения хорошего контакта
между ними. Поверх 3 помещалась изолирующая пластина 2, изготовленная из
стеклоткани, пропитанной эпоксидным компаундом. Вся конструкция
стягивалась латунными пластинами 1 и шестью болтами 5, проходящими через
изолирующие тефлоновые трубки 6. На каждой из пластин 3 располагались
равномерно по окружности двенадцать электродов 8, к которым
подсоединялись токонесущие силовые кабели от конденсаторной батареи.
Первый многосекционный соленоид, построенный в Осаке [31], подтвердил на
практике правильность выбранного подхода - создание механически
равномерно нагруженной конструкции. В четырехсекционном импульсном
соленоиде из Си + Be (2%) получали воспроизводимым образом поле с Вт =
107 Тл, однако внутренний диаметр был очень невелик - около 2 мм, что
затрудняло проведение каких-либо физических экспериментов, за исключением
спектроскопических. Длительность импульса поля была стандартной для
спиральных соленоидов - около 120 мкс.
63
