Суперпреводни магнети

Суперпроводни магнет је електромагнет чије намотавање има својство суперпроводника. Као и у било којем електромагнету, и овде се магнетно поље генерише директном струјом која тече кроз жицу за наматање. Али пошто струја у овом случају пролази не кроз обични бакарни проводник, већ кроз суправодични проводник, активни губици у таквом уређају биће изузетно мали.

Као суперпреводници за магнете овог типа, суперпреводници друге врсте готово увек делују, то јест они у којима зависност магнетне индукције о јачини уздужног магнетног поља није нелинеарна.

Да би суперпреводни магнет почео да показује своја својства, обични услови нису довољни - морају се довести до ниске температуре, што се у принципу може постићи на различите начине. Класичан начин је следећи: уређај се поставља у Девар посуду са течним хелијумом, а сам Девар посуда са течним хелијумом се поставља у другу посуду Девар, са течним азотом, тако да течни хелијум испарава што је могуће ниже.

Као прави пример моћног суперпреводног магнета можемо користити магнет великог хадронског сударача (ЛХЦ) у коме, користећи најјачи магнетно поље потребно је задржати високоенергетске протоне који невероватном брзином лете на одређеној путањи унутар продуженог подземног тунела.

1232 огромне електромагнете, сваки тежине око 30 тона, а дужине је 15 метара, уграђене су у тунел ЛХЦ-а један за другим. Овде се протонске зраке пролазе кроз танке цеви, а ове цеви само пролазе унутар диполних магнета, чија је јачина индукције регулисана у опсегу од 0,54 до 8,3 Т.

Суперпреводна својства магнета на ЛХЦ-у постижу се коришћењем посебне суперпреводне жице: сваки магнетни дипол садржи појединачни суправодљиви намотаји намотани ниобијум-титанијум каблом, а сам кабл је састављен од најтањих жица пречника 6 микрона.

Дно црта је да је ниобијум-титан супер-проводник на ниским температурама, тако да је температура потребна за одржавање називне суправодљивости таквих намотаја овде само 1,9 К (нижа од температуре позадинског микроталасног зрачења у спољном простору).

ЛХЦ магнетни систем за хлађење делује захваљујући течном хелијуму, који је стално у покрету. 97 тона течног хелијума смештено је у посебној овојници где се под одређеним притиском постиже сувишна течност те расхладне течности.

Директно хлађење течног хелијума догађа се под утицајем 10 000 тона течног азота. Процес хлађења се врши у две фазе: замрзивач конвенционалног типа прво хлади хелијум до 4,5 К, а затим се додатно хлади, али већ под смањеним притиском. Све ове акције трају око месец дана.

Кад се обезбеде услови у вези са температуром, долази до струје огромних струја. На ЛХЦ доводна струја магнета достиже 12.000 ампера. Истовремено се троши струја, упоредива са оном за коју се напаја електрична енергија целог града Женеве. Електрична енергија по суперпреводном магнету је приближно 10 МЈ.

Суперпреводни магнети се такође користе у НМР томографима и спектрометрима, у возовима са магнетним јастуцима, у термонуклеарним реакторима и у многим другим експерименталним инсталацијама, на пример повезан са левитацијом.

Занимљива чињеница: слаба дијамагнетна поља практично немају опипљив ефекат на дијамагнетику, али када је реч о јаким магнетним пољима генерисаним суправодљивим магнетима, слика се овде значајно мења.Угљен који улази у органске предмете и живе организме је дијамагнет, па жива жаба може да лети у магнетном пољу са индукцијом од 16 Т.