Сверхпроводящие магниты

Магниты — неотъемлемая часть каждого электрического генератора и мотора. В промышленности магниты поднимают и отделяют из общей массы изделия из железа и стали, удаляют магнитные примеси из глины и других веществ. Последнее достижение медицинской диагностики, ЯМР-томография, использует сверхпроводящий магнит для ориентации магнитных моментов ядер водорода, присутствующих в теле человека; радиоимпульс разупорядочивает ядра, затем они, как известная игрушка ванька-встанька, возвращаются в прежнее положение. Во время колебаний ядра излучают свой собственный радиосигнал, который можно регистрировать.


Большинство электромагнитов делают из медного провода, навитого на железный сердечник. Токи, текущие в катушке, создают магнитное поле, направленное вдоль ее оси. Сама катушка обладает небольшим полем, так как медные провода могут выдержать плотности токов до 400 А/см2. (Если ток через провод увеличить, то основным ограничением станет стоимость отвода выделяемого тепла.)


Железный сердечник значительно усиливает магнитное поле катушки. Магнитные моменты электронов в сердечнике выстраиваются вдоль поля катушки, увеличивая его величину в сотни и даже тысячи раз, что позволяет создавать поля до 2 Тл, т. е. в 40 тыс. раз больше, чем поле Земли. Получить более сильные поля невозможно, так как сердечник «насыщается», поскольку имеет конечное число ориентируемых электронов. Электромагниты с железными сердечниками имеют и другой недостаток — большой вес, что значительно утяжеляет электромоторы и генераторы. Если уменьшить вес оборудования в самолете (тем самым увеличив полезную грузоподъемность), то экономия составит около 1000 долл. на 1кг веса за время службы самолета. Экономия может быть даже больше — около 6000 долл. на 1 кг, как, скажем, для ракет «Титан-4», выводящих полезные грузы на околоземную орбиту.


Сверхпроводники позволят создавать более мощные и легкие магниты. Можно будет обойтись без железного сердечника, если соответственно увеличить ток через катушку. Так, если сердечник увеличивает магнитное поле медной катушки в 1000 раз, то для создания такого же поля сверхпроводниковой катушкой по ней необходимо пропустить ток в 1000 раз больший, т. е. его плотность должна быть 400 000 А/см2. Сверхпроводники из сплавов ниобия-3 и олова, а также ниобия и титана обладают такой пропускной способностью только при температуре жидкого гелия (4 К). Исследователи АТ & Т ВеН Laboratories создали объемные образцы (не проволоку) из соединения иттрий-барий — оксид меди, выдерживающие плотность тока до 4000 А/см2 при температурах жидкого азота (77 К) в магнитном поле 1 Тл. В отсутствие магнитного поля плотность тока в образцах может достигать величины 17 000 А/см2. Сверх большой бонус от топового пм казино онлайн для больших побед.