Криомагнитные системы на основе ВТСП и криорефрижераторов замкнутого цикла для физических исследований

• Автор: Костров, Евгений Александрович
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 110 с. : ил.

Оглавление
Введение

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1Л. ВТСП для применения в криомагнитных системах

1.2 Токовводы

1.3 Магнитные системы на основе ВТСП

1.4. Криогенные рефрижераторы замкнутого цикла

1.5.Сверхпроводящие магнитные системы на основе криогенных

рефрижераторов

1.6. Криогенные тепловые ключи

ГЛАВА 2. Предварительные исследования ВТСП лент

2.1 Технология создания контактов
2.2. Изучение долговременной стабильности свойств ВТСП

ГЛАВА 3. ВТСП ТОКОВВОДЫ
3.1 Предварительные сведения о токовводах
3.2 Методика расчета токовводов
3.3 Методика испытания тоководов
3.4 Токовводы на основе ВТСП 2-го поколения БирегРошег

3.5 Токовводы на основе ВТСП 2-го поколения ТПЕУА
ГЛАВА 4. ВТСП СОЛЕНОИД
4.1 Методика расчета соленоида
4.2 ВТСП соленоид
4.3 Гибридный магнит
ГЛАВА 5. Криомагнитная система на основе криорефрижератора
замкнутого цикла
5.1 Методика теплового расчета криостата
5.2. Устройство криостата

5.3. Тепловой ключ
5.4. Тепловой расчет криостата
5.5. Сверхпроводящий соленоид 8Т
5.6. Результаты испытания криомагнитной системы 8Т
Выводы
Список литературы

Перечень используемых сокращений и обозначений:
ВТСП - высокотемпературный сверхпроводник НТСГТ — низкотемпературный сверхпроводник СМС — сверхпроводящая магнитная система
Пульсационные трубы (Pulse tube) — в тексте подразумевается одна из модификаций цикла Гиффорда- МакМагона (GM Pulse Tube), если не оговорено иного.
BSCCO — Bi2Sr2Ca2Cu3Oio (Bi2223) или Bi2Sr2CaCu20g (В12212)
ReBCO - REBa2Cu3Oy (где RE: редкоземельные элементы (rare earth elements) - Y, Sm, Gd, Dy, Eu)
2G -Second Generation - 2-ое поколение (относится к ВТСП проводникам 2-го поколения)
IBAD — Ion Beam Assisted Deposition (Ионно-лучевое осаждение)
Je - плотность критического тока
Ic - критический ток сверхпроводника
Тс - температура сверхпроводящего перехода
Je - инженерная плотность тока. Отношение тока к полному сечению сверхпроводящего провода, включая несверхпроводящие элементы, например, подложку.
MOCVD - Metal Organic Chemical Vapor Deposition (Химическое осаждение из паров металлоорганических соединений)
MOD - Metal Organic Deposition (Осаждение из металл о органических соединений реакцией в жидкой фазе)
RABITS - Rolling Assisted Biaxial Textured Substrate (Биаксиалыюе текстурирование подложки специальной прокаткой)

1.5. Сверхпроводящие магнитные системы на основе криогенных рефрижераторов.
Первый проект использования криогенных рефрижераторов замкнутого цикла для охлаждения сверхпроводящих соленоидов без использования жидкого гелия был предложен в 1983 г [61]. Однако эта идея была реализована в 90х годах прошлого столетия с появлением криорефрижераторов большей хладопроизводительности и ВТС11 токовводов, позволивших значительно снизить теплопритоки к сверхпроводящему соленоиду [62]. Во всех современных сверхпроводящих магнитных системах используются ВТСП токовводы, верхний конец которых охлаждается 1й ступенью криорефрижератора. В качестве криогенных рефрижераторов используются как пульсационные трубы Гиффорда-МакМагона так и машины работающие на цикле Гиффорда-МакМагона с хладопроизводительностью 1-1,5 Вт при 4,2 К. Обычно используется один или два 2-х ступенчатых криорефрижератора, причем 1-я ступень холодильной машины охлаждает тепловой экран криостата.
Известен случай применения криорефрижератора Гиффорда-МакМагона с дополнительной ступенью Джоуля-Томпсона [29] в относительно больших системах (1700 кг холодной массы). Хладопроизводильность данного рефрижератора составляет 4,3 Вт при 4,2 К. Следует также отметить, что в [29] использованы два дополнительных криорефрижератора Гиффорда-МакМагона с хладопроизводительностью 100 Вт при 55 К, для охлаждения теплового экрана криостата. Для охлаждения системы до рабочей температуры требуется 276 часов с предварительным охлаждением путем прокачки жидкого азота через теплообменники внутри криостата. Сверхпроводящий соленоид способен генерировать магнитное поле с индукцией 18.1 Т в отверстии диаметром 52 мм комнатной температуры.