Сильные импульсные магнитные поля в физическом эксперементе - Лагутин А.С.
ISBN: 5-283-03910-2
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 2.39. Поперечное сечение однослойного спирального соленоида [33J;
пояснения в тексте:
пунктиром показано прохождение тока по соленоиду
Позднее начал действовать двухсекционный соленоид из мартен-ситно-
стареющей стали с Вт = 60 Тл и г00 400 мкс (рис. 2.40) [33].
Внутренняя секция соединена с токопроводами пятью болтами из
хромомолибденовой стали. Изоляцией между секциями служит стеклонить,
пропитанная эпоксидным компаундом. Пространство между торцевыми блоками
спиралей также заполнено эпоксидным компаундом с целью предотвращения
смещения внутренней секции. Спирали стянуты девятью болтами 8 из
нержавеющей стали вместе с изолирующими плитами и латунными фланцами. При
сильном сжатии внешней секции может быть повреждена изоляция внутренней.
Этого позволяют избежать ограничители. Девять латунных вставок б
необходимы для соединения токопроводов каждой из секций друг с другом.
Характеристики описанных соленоидов приведены в табл. 2.6. Так как метод
равномерно нагруженных обмоток представляется наиболее перспективным для
создания квазистатических СМП с Вт = 100 т 200 Тл (см. гл. 5), ниже
64
Рис. 2.40. Поперечное сечение двухсекционного соленоида [33]:
1 - латунный фланец; 2, 5 - изолятор; 3,7,8 - болты из нержавеющей
немагнитной стали; 4 - токоподводы; 6 - электрическое соединение секций;
9 - наружная спираль; 10 - внутренняя спираль; 11 - изолирующая прокладка
между секциями соленоида; 12 - изолятор; 13 - гайки для сжатия наружной
секции; 14 - ограничитель; 15 - гайки для сжатия внутренней секции.
Пунктиром показано прохождение тока по соленоиду
Таблица 2.6. Экспериментально полученные характеристики спиральных
соленоидов [33]
2г2, Число Too, 1*" ^max, ^max> Число
мм мм витков мкс мкГн Тл МА МДж секций
34 100 12 250 4,8 41 0,19 0,188 1
60 150 12 370 6,0 39 0,30 0,42 1
20 150 5+12 410 7,6 60 0,25 0,49 2
Рис. 2.41. Форма импульсов поля без использования (/) и с использованием
(2) дополнительного затухания в цепи разряда [33]
нг/н0,%
too'
Рис. 2.42. Распределение поля вдоль оси спирального соленоида [33]:
сплошная линия - эксперимент; пунктир - расчет; 1 - изолирующие
прокладки; 2 - витки спирали; 3 - торец; 4 - то-копо двод; 5 - изолятор;
6 -латунный фланец; z - расстояние от центра соленоида
будут сравнены расчетные результаты с экспериментальными на примере работ
в Осакской лаборатории сильных магнитных полей как ведущей в этом
направлении техники получения СМП. А сейчас кратко опишем источники
импульсного тока, используемые в этой лаборатории.
Конденсаторная батарея состоит из пяти секций емкостью по 720 мкФ каждая;
максимальное напряжение 26,6 кВ, энергоемкость батареи в целом 1,25 МДж.
Коммутация батареи с магнитом осуществляется искровым разрядником. Другой
разрядник такого же типа применяется 66
Таблица 2.7. Расчетные параметры спиральных соленоидов [33]
2м, мм 2г2, мм Число L, витков мкГн Апах > МА Вт, Тл Tf-
Tf, К Число секций
34 100 12 17 0,18 50 115 1
60 150 12 17 0,30 50 100 1
20 150 5+12 17 0,28 80 250 2
Примечание. Здесь Г,- и Гу ноида. - начальная и конечная
температуры соле-
для принудительного разряда батареи на активную нагрузку. Он поджигается
в момент времени t ~ т0о (рис. 2.41), и вся наличная в этот момент
энергия батареи рассеивается на балластном сопротивлении Rj, - тем самым
исключаются осцилляции тока после рабочего импульса. Значение Rb
выбирается таким, чтобы ток при разряде по этой цепи не превысил
допустимых пределов для используемых конденсаторов. При случайном,
незапланированном поджиге первого разрядника автоматически срабатывает
второй - в цепи активной нагрузки, предохраняя тем самым соленоид от
аварийной ситуации.
Расчетное и измеренное распределение поля на оси соленоида достаточно
хорошо согласуются друг с другом (рис. 2.42). Расчетные параметры
соленоидов, полученные с использованием соотношений (2.49) - (2.62),
приведены в табл. 2.7. Сравнение этих данных с экспериментальными (табл.
2.6) позволяет заключить, что сделанные допущения вполне адекватны
реальным условиям работы спирального соленоида. Различия расчетных и
измеренных характеристик, в особенности Вт , говорят, по-видимому, о
необходимости более детального учета теплового режима работы импульсного
соленоида и его влияния на распределение тока и механических напряжений в
обмотке.
2.4. ОДНОВИТКОВЫЕ СОЛЕНОИДЫ
2.4.1. Выбор материала. Получение СМП в одновитковых соленоидах
связано в основном с решением задачи по обеспечению максимальной
механической прочности конструкции. Предельное значение Вт, допустимое
для конкретного соленоида, определяется материалом витка (см. табл. 2.1)
и не превышает 80 Тл. При использовании одновитковых соленоидов, в
отличие от Описанных ранее, особое внимание нужно уделять выбору
теплового режима работы. Дело в том, что для генерации СМП в соленоиде с
одним витком необходимо пропускать через него очень сильный электрический
ток (более и около 1 МА, см. [10]). При этом неизбежно возникают
