Imán superconductor
Los imanes superconductores pueden producir campos magnéticos mayores que los electroimanes convencionales más poderosos y pueden ser más económicos de operar ya que no se disipa energía en forma de calor en sus bobinados.
Cuando esto sucede, ese lugar en particular está sujeto a un rápido calentamiento Joule por la enorme corriente, que eleva la temperatura de las regiones circundantes.
Todo el imán se normaliza rápidamente (esto puede llevar varios segundos, dependiendo del tamaño de la bobina superconductora).
Si un imán grande se enfría, el vapor inerte formado por el fluido criogénico que se evapora puede presentar un peligro de asfixia significativo para los operadores al desplazar el aire respirable.
[3] Refrigeración Durante la operación, los devanados magnéticos deben enfriarse por debajo de su temperatura crítica, la temperatura a la que el material del devanado cambia del estado resistivo normal y se convierte en un superconductor, que se encuentra en el rango criogénico muy por debajo de la temperatura ambiente.
Por lo general, los devanados se enfrían a temperaturas significativamente inferiores a su temperatura crítica, porque cuanto más baja es la temperatura, mejor funcionan los devanados superconductores, es decir, mayores son las corrientes y los campos magnéticos que pueden soportar sin volver a su estado no superconductor.
Dos tipos de sistemas de enfriamiento se utilizan comúnmente para mantener los devanados magnéticos a temperaturas suficientes para mantener la superconductividad: Refrigerado por líquido El helio líquido se utiliza como refrigerante para muchos devanados superconductores.
El imán y el refrigerante están contenidos en un recipiente aislado térmicamente (dewar) llamado criostato.
Para evitar que el helio se evapore, el criostato generalmente se construye con una camisa exterior que contiene nitrógeno líquido (significativamente más barato) a 77 K. Alternativamente, se coloca un escudo térmico hecho de material conductor y mantenido en un rango de temperatura de 40 K a 60 K, enfriado por conexiones conductoras al cabezal frío del crioenfriador, alrededor del recipiente lleno de helio para mantener la entrada de calor a este último a un nivel aceptable.
El refrigerador criogénico Gifford-McMahon ha estado disponible comercialmente desde la década de 1960 y ha encontrado una aplicación generalizada.
Otro factor limitante es la "corriente crítica", Ic, a la que el material del devanado también deja de ser superconductor.
La bobina debe diseñarse cuidadosamente para soportar (o contrarrestar) la presión magnética y las fuerzas de Lorentz que, de otro modo, podrían causar la fractura del cable o el aplastamiento del aislamiento entre vueltas adyacentes.
Cualquier cambio en la corriente a través del imán debe hacerse muy lentamente, primero porque eléctricamente el imán es un inductor grande y un cambio abrupto de corriente dará como resultado un gran pico de voltaje a través de los devanados y, lo que es más importante, porque los cambios rápidos en la corriente pueden causar corrientes de Foucault y tensiones mecánicas en los devanados que pueden precipitar un enfriamiento (ver más abajo).
Por lo general, se necesitan varios minutos para energizar o desenergizar un imán del tamaño de un laboratorio.
El cortocircuito se realiza mediante un "interruptor persistente", una pieza de superconductor dentro del imán conectada a través de los extremos del devanado, unida a un pequeño calentador.
El interruptor persistente se enfría a su temperatura superconductora, cortocircuitando los devanados.
Casi todos los imanes superconductores comerciales están equipados con interruptores persistentes.
Esto empuja esas regiones al estado normal también, lo que conduce a un mayor calentamiento en una reacción en cadena.
Todo el imán se normaliza rápidamente (esto puede tardar varios segundos, dependiendo del tamaño de la bobina superconductora).
Esto va acompañado de un fuerte estallido a medida que la energía del campo magnético se convierte en calor y una rápida evaporación del fluido criogénico.
Si un imán grande se apaga, el vapor inerte formado por el fluido criogénico que se evapora puede presentar un peligro significativo de asfixia para los operadores al desplazar el aire respirable.
[7] "Entrenamiento" Magnet En ciertos casos, los imanes superconductores diseñados para corrientes muy altas requieren un amplio lecho para permitir que los imanes funcionen a sus corrientes y campos planificados completos.
[9] Al hacer funcionar repetidamente los imanes a una corriente más baja y luego aumentar ligeramente la corriente hasta que se apaguen bajo control, el imán ganará gradualmente la capacidad requerida para soportar las corrientes más altas de su especificación de diseño sin que se produzcan enfriamientos, y tendrá tales problemas "sacudidos" de ellos, hasta que finalmente puedan funcionar de manera confiable a su corriente planificada completa sin experimentar enfriamientos.
[17] También se utiliza la técnica sin aislamiento para el imán de inserción HTS.
Usos Una máquina de resonancia magnética que utiliza un imán superconductor.
Pueden ser más pequeños, y el área en el centro del imán donde se crea el campo está vacía en lugar de estar ocupada por un núcleo de hierro.
En el estado persistente (arriba), la única energía que consume el imán es la necesaria para el equipo de refrigeración.
