Supravodivé magnety

Co jsou to supravodivé magnety?

Supravodivé magnety jsou elektromagnety vyrobené ze supravodivých materiálů. Oproti běžným elektromagnetům mají několik výhod:

  1. Nevykazují elektrický odpor, proto je možné je jednou nabít, uzavřít obvod a nechat elektrický proud běhat magnetem prakticky neomezeně dlouhou dobu.
  2. Jsou schopny vytvořit řádově intenzivnější magnetické pole než permanentní magnety a elektromagnety.

Mají ovšem i nevýhody, hlavní je nutnost udržování magnetu pod kritickou teplotou supravodivého materiálu. V současnosti pracuje většina supravodivých magnetů při teplotě 4 K a nižší, což vyžaduje chlazení kapalným heliem, které je poměrně drahé. Pokud dojde u nabitého magnetu k vzestupu teploty nebo jiné veličiny (např. lokální intenzity magnetického pole) nad její kritickou hodnotu, materiál magnetu přejde do normálního (nesupravodivého) stavu a veškerá energie uložená v magnetu se uvolní ve velmi krátkém okamžiku. Tento děj se nazývá quench a je doprovázen prudkým ohřátím magnetu a jeho okolí, což způsobí zplynění kryokapalin a vzestup tlaku uvnitř kryostatu. Může tím dojít i k poškození vlastního solenoidu. Malé magnety většinou quench přežijí bez poškození. Pro velké magnety (např. ve fůzních reaktorech), které pracují blízko hranice jejich stability mohou být následky neplánovaného quenche velmi nepříjemné, proto se využívají různé systémy detekce a ochrany magnetu.

Materiály pro výrobu supravodivých magnetů

V současnosti se pro konstrukci supravodivých magnetů využívají slitiny kovů. Velmi často jde o NbTi (do 9 T) nebo Nb3Sn (nad 9 T), z kterých lze vyrábět velmi dlouhá (stovky metrů) a homogenní vlákna i pro ultra-silné magnety. Jako izolace vláken se používá čistá měď nebo slitini CuNi. Za normálních okolností by měď fungovala jako vodič a cívku zkratovala. Ale jakmile solenoid vychladíme pod kritickou teplotu klesne odpor supravodivých vláken na nulu takže proud poteče těmito vlákny a měď se začne chovat jako nevodič (její odpor bude téměř někonečněkrát vyšší než odpor supravodivého vlákna). I když vlákny během provozu teče velmi vysoký proud – stovky ampér – nemusí být jejich průměr nijak velký, právě díky absenci ohmického odporu.

V dnešní době existuje i velká skupina vysokoteplotních supravodičů, které mají kritickou teplotu v oblasti teploty kapalného dusíku (cca -196 °C), ale z nich se zatím nepodařilo vyrobit dlouhá vlákna požadovaných vlastností, příp. nedokáží generovat dostatečně intenzivní magnetické pole.

 

Využití supravodivých magnetů

Tyto magnety se využívají v aplikacích, vyžadujících silné magnetické pole.

  • NMR
  • MRI – lékařská technika určená k zobrazování tkání
  • Urychlovače – pro urychlení elektricky nabitých částic je nutné použít velmi intenzivní magnetické pole
  • Reaktory ITER – termonukleární fúzní reaktor, magnetické pole udržuje žhavou plazmu uvnitř reaktoru, aby se nedotýkala stěn
  • Výzkum magnetických vlastností látek

Odkazy

Další kapitoly

Napsat komentář