תפקיד בקרת טמפרטורה בסופר-מוליכים מגנטית

מגנטים מוליכים הם הכרחיים במדע המודרני וברפואה, המאפשרים טכנולוגיות כגון הדמיה של התחדשות מגנטית (MRI), החיסונים מגנטיים גרעיניים (NMR) ספקטרום, והמגנטים המסיביים כי חלקיקים חלקיקים באצ'לטורים כמו המגנט הגדול נכשל באופן טבעי, אך ורק חומר מגנטי אינו יכול לייצר שדות מגנטיים אינטנסיביים, יציבים, לעתים קרובות מעל 10 אטריות - מגיע מתופעה בסיסית קוונטית: חומר זה רק פונקציונליות או פונקציונליות קריטית, אך ורק על ידי תפקודים, אך ורק על ידי מגנטית, הוא רק על ידי תפקודים קריטי, הוא רק על ידי תפקודים, הוא רק על ידי מגנטית, הוא רק על ידי מגנטית, הוא רק על ידי תפקודים, הוא קיים באופן טבעי, אך ורק על ידי מגנטית, אך ורק על ידי מגנטית, אך ורק על ידי כך הוא רק על ידי תפקודים, אך ורק על ידי תפקודים, באופן טבעי, אך ורק על ידי מגנטית קריטית, אך ורק על ידי מגנטית, הוא קיים, באופן טבעי, באופן טבעי, באופן טבעי, הוא רק על ידי מגנטית, הוא אינו קיים, באופן טבעי, הוא רק על ידי כך הוא רק על ידי בידוד קריטי, הוא מסוגל לייצר טמפרטורות אינטראקטיבית, אך ורק

הבנת העל-התנהגותיות והטמפרטורה הביקורתית

(ב) חומר נחושת מתרחש כאשר חומרים מסוימים, כאשר קרירים מתחת לסף ספציפי הידוע כטמפרטורה קריטית (Felot:0) חומרים נחושת (TLT:1cioFLT:2cirFLT 3), עוברים מעבר שלב.במצב זה, התנגדות חשמלית נעלם לחלוטין ושדות מגנטיים גורשו - תופעה הנקראת אפקט Meissner במשך שנים רבות, קונבנציונאלי-זמנית) כגון: חנקן-Nbn2n2

(הטמפרטורה הביקורתית אינה קבועה אוניברסלית; היא תלויה במבנה הטוהר, הקריסטל והשדה המגנטי המיושם, כפי שעולה השדה המגנטי, ה-FLT:0TigFLT:1cioFLT:2cekph:3) ושדה מגנטי מוחלש באופן בטוח (במגמנט שדה גבוה), חלקים שונים של סליל עשויים להיות בעלי טמפרטורה קריטית מקומית, בעיקר עבור מוליכים למחצה של 0:5 (FLT) בדרך כלל, כלומר, בדרך כלל, לפחות, 0.

מדוע בקרת טמפרטורה היא פראמאונט

במגנט של מוליכים-על, הזרם החשמלי זורם ללא התנגדות כל עוד המוליכים נשאר מתחת לטמפרטורה הקריטית שלו, צפיפות נוכחית קריטית, ושדה מגנטי קריטי; אם הטמפרטורה עולה מעל FLT:0TuaFLT:1FLT:2cuaph 3, אפילו מקומית, חומר חוזר למצב נורמלי (resistive) זה מייצר חימום Joules, אשר במהירות לצר את החלקים המכניים של מגנטיים, אשר עלולים למזער את המקררים, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, מגנטים, כלומר, מגנטיים, הם עלולים, באופן קבוע, כדי לצמצום של לחץ גדול, מגנטיים, וגרם לצמצום של מגנטיים, מגנטיים, כלומר, כלומר, מגנטיים, מגנטיים, מגנטיים, מגנטיים, מגנטיים, מגנטיים, מגנטיים, וגרם במהירות, מגנטיים, כלומר, אשר עלולים, מגנטיים, כלומר, מגנטיים, כלומר, כדי לצמצום של מגנטיים, כדי לצמצום של מגנטיים, כדי לצמצום של לחץ גבוה יותר, מגנטיים, מגנטיים, מגנטיים, מגנטיים, מגנטיים, מגנטיים,

טמפרטורות של טיולי טמפרטורה

• (FLT:0) פיזור אנרגיה: פיזור אנרגיה: אמבראל 1) האנרגיה המאוחסן חייבת להיות מופקת בבטחה, לעתים קרובות באמצעות מתנגדים חיצוניים של אשפה, כדי למנוע כישוף או התכה של המנצח.
• (ב) אובדן:0) קריוגן: 1 במגנטים המוטבעים הליום, קוץ יכול להרתיח מאות ליטרים של הליום נוזלי, שהוא יקר ודורש זמן-מחדש.
• (FLT:0) עייפות מכנית: 1FLT שינויים בטמפרטורה מהירה ואת התכווצות תרמיים / התפוצצות מחזור יכול להחליש את מבנה סליל.
• (ב) ⁇ :0) שיפור ביצועים: FLT:1hil חזר על שמיכות חלקיות יכול ליצור אזורי התנגדות קבועים, צמצום יכולת המגנטית להגיע לשדה הדומיניאלי שלה.

בקרת טמפרטורה יעילה ממזערת את הסיכון של quenches על ידי שמירה על תנאים אחידים, יציבים לאורך נפח המגנטי.זה קריטי במיוחד עבור מגנטים הפועלים ליד גבולות הביצועים שלהם, כגון אלה המשמשים בפיזיקה אנרגיה גבוהה או מחקר היתוך.

שיטות קירור: מנוזל הליום ועד Cryocoolers

הבחירה של שיטת קירור תלויה בטמפרטורה התפעולית, גודל מגנטי, דרישות היישום.היסטורי, helium נוזלי היה הקרון העיקרי עבור מגנטים בעלי טמפרטורה נמוכה (LTS) מגנטים, אבל ההתקדמות בטכנולוגיית Cryocer אפשרה מגנטים "dry" הדורשים לא קריאות בולטות.

המונחים: helium Cooling

helium נוזלי (LHe) הוא אמצעי קירור היעיל ביותר עבור LTS מגנטים כי זה מספק העברה בחום גבוהה מאוד בנקודה רתיחה יציבה של 4.2 K בלחץ אטמוספרי סטנדרטי.ב מגנטים טיפוסית, סליל הוא שקוע במאגר של LHe, סופג חום דרך צינורות טבעיים ונקיטהור.

עם זאת, מערכות LHe יש חסרונות: נוזל הליום הוא משאב סופי עם תמחור תנודתי, גז הליום יכול לברוח דרך אפילו דליפות מיקרוסקופיות.ליאום לא ניתן להחליף ללא צמחי ליקופציה מורכבים.זה הוביל עניין חלופות.

Cryocoolers ו-"Dry" מגנטים

מציצים מודרניים - כגון Gifford-McMahon (GM) ומקררי צינור הדופק - יכולים להגיע לטמפרטורות נמוכות כמו 2-4 K ללא שימוש כל Cryogens נוזליים.המכשירים האלה פועלים על ידי דחיסה והתרחבות גז הליום במחזור סגור, מתן יתרונות קירור רצופים רבים NMR ו-MR77 מגנטים עכשיו לשלב שני מבעצמאכלים: אחד קרמים ל-40 ק"מנגיקים, ו-K8, לעתים קרובות יותר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, פחות קל יותר קל יותר קל יותר קל יותר קל יותר קל יותר, למגנטים פשוטים יותר, למגנטים של CLC CLC C.

למרות הנוחות שלהם, Cryocoolers להציג תנודות מכניות ורעש אקוסטי שיכול להפריע המדידות רגישות. Vibרציונלי לחות ואינטגרציה זהירה נדרשים, במיוחד עבור רזולוציה גבוהה NMR ומגנטי הדמיה.

אתגרים בניהול התרמומל

אפילו מערכת הקירור המתקדמת ביותר ניצבת בפני אתגרים מדלפות חום, הפרעות דינמיות, והצורך להגיב במהירות במהלך טרנסים מבצעיים.הבנת אתגרים אלה הוא מפתח לתכנון בקרת טמפרטורה חזקה.

מקורות של צמיגים חמים

• (FLT:0)Conduction:BuildFLT:1 , מכני תומך, מוביל נוכחי, ומכשירי המתפתלים כגשרים תרמיים בין חם בחוץ לבין סליל הקר.אלה חייבים להיות מעוצבים מחומרים בעלי מוליכות נמוכה (כגון G-10 סיבים או נירוסטה פלדה) ומוטב עבור חצי-חלק מינימלי.
• (FLT:0)Radiation:FLT:1 קרינת ה"הארמאל" מהקירות הבזוסטים בטמפרטורת החדר יכול להציף את מערכת הקירור אם לא יירט. multi-layer insulation (MLI) - עשרות שכבות של מזחלת אלומיניום - מקטין עומס קרינה רדיואקטיבי לכמה וואט למ"ר.
• (ב) ,0) התנהגות גז סובסידית: FLTIR 1 גם בקריפטון גבוה, מולקולות גז שנותרו יכולות לבצע חום.
• (FLT:0) הפסדים: ⁇ FLT:1 במגנטים המופעלים על ידי זרמים שונים (למשל, באצת מגזים הדופק), היסטריה וזרמים מודי מייצרים חום בתוך העל-מוליכים ומטריקס נחושת.

זיהוי והגנה

שום מערכת בקרת טמפרטורה לא יכולה למנוע כל quench פוטנציאלי - כשלון אספקה הליום, פריצת אבק פתאומית, או תנועת חוט יכול לגרום נקודה חמה מקומית. לכן, מערכות זיהוי קוכינט ייעודי והגנה הם חובה. וולטאז מקל על חלקים של סליל להשוות את המתח הנגדי לסף; אם זה עולה על רמה מוקדמת, אספקת החשמל מסולקת ואנרגיה הוא להסיט לתוך מערכות מהירות יותר, אבל זה חייב להיות יותר מטבולית חום איטי יותר.

טכנולוגיות לקביעת טמפרטורה

רגולציה טמפרטורה מוקדמת בטמפרטורות Cryogenic דורש שילוב של אלגוריתמים מתקדמים ובקרת אינטליגנטית.שלוש העמודים הם עיצוב Cryostat, חישה מדויקת, ובקרת משוב.

Cryostats: Thermal Barriers and Shielding

[קראוסט] הוא מיכל מבודד ואקום, אשר בתים מגנטי ומגניב.הכלי הפנימי ביותר מחזיק את LHe או מעוגן תרמיל זעקה.מקיף אותו הוא מגן תרמי, לעתים קרובות קריר על ידי חנקן נוזלי (77 K) או השלב הראשון של מטאטא חום טהור (50- C) מגן מתעתק חום מקיריל חיצוני (ב) ומעט יותר חום (Fly) ולהפחית את שטח פנימי של 10 ליטרים) ולהפחית את הדליפה אחת (R) ועוד.

חיישנים טמפרטורה לסביבה Cryogenic

מדידות טמפרטורה מדויקות הן חיוניות עבור ניטור ובקרה.חיישנים נפוצים כוללים:

• (FLT:0 חיישנים דיאודי דיסטודה:FLT:1 נרחב בשימוש בטווח 1.5–400 K, המציעה חזרה טובה ורגישות מתחת ל-30K.
• (FLT:0CernoxTM חיישנים:FLTRE:1 טמפרטורות חסכוניות (NTC) חיישנים ההתנגדות שנעשו ZrOveFLT:2FLT 3+Si.יש להם רגישות גבוהה בטמפרטורות Cryogenic ותלות שדה מגנטיות נמוכה, מה שהופך אותם אידיאליים לסביבות מגנטיות גבוהות.
• (FLT:0) Thermocouples:FLT:1 Type E (Chromel-Constantan) משמש מדי פעם למדידות שונות, אך הרגישות נמוכה מתחת ל-10K.
• (FLT:0)Platinum RTDs:FreaLT:1 , Calibrated PT100 ו PT1000 חיישנים נפוצים לטמפרטורה מעל 30K, לעתים קרובות בשימוש על מגינים תרמיים.

כל החיישנים חייבים להיות מעוגן בקפידה ומעוגן בחום על פני השטח המדוייק. חיישנים מרובים ממוקמים בנקודות אסטרטגיות - בתוך סליל, על הראש הקר של הצעקה, באמבטיה הליום - כדי לספק ניטור מגובה.

מערכות בקרה ואלגונדרית

אסטרטגיית הבקרה הפשוטה ביותר היא לשמור על טמפרטורה קרירה קבועה על ידי regulating כוח Cryocooler או לחץ האמבטיה הליום.ב הרבה מגנטים מסחריים MRI מגנטים, PID (החומרי-integral-derivative) מתאים את מהירות הדחיסה של ה- Cryocer כי מבוסס על משוב טמפרטורה מן מגנטי.

דרישות יציבות טמפרטורה משתנות על ידי יישום.עבור MRI, סחף שדה של פחות מ 0.1 ppm לשעה הוא רצוי, אשר בדרך כלל דורש תנודות טמפרטורה מתחת כמה מילימטרווין באמבטיה LHe. NMR מגנטים עם מצב מתמשך דורש אפילו יציבות הדוק יותר. achieving זה דורש לא רק שליטה מדויקת אלא גם צמצום הפרעות חיצוניות - תנודות, שינויים בלחץ, והפרעה מגנטית.

יישומים וכיוונים עתידיים

החשיבות של בקרת טמפרטורה היא אולי הטובה ביותר על ידי בחינת יישומים ספציפיים ומגמות מתפתחות.

MRI ו-NMR

מגנטים של כל הגוף פועלים ב 1.5 T או 3 T, באמצעות NbTi coils רחצה LHe ב 4.2 K טמפרטורה שליטה משפיעה ישירות על איכות התמונה: תנודות טמפרטורה לגרום שינויים בשטח מגנטי הומוגניות, המוביל לממצאים. יצרנים ולכן פיתח מערכות "אפס רתיחה" אשר משתמשות בקריפטורים כדי לתקן את ה-Hlium vap, לחסל את הצורך עבור מערכות מחסנים ארוך יותר (Flowed) ו-Hbsp; לעתים קרובות יותר נמוך יותר מאשר מגנטיות (R) עם עלויות Cvlowed) קיבולת נמוכה יותר מאשר Cvlower) של Cvlowerdowdowdowdowdowdowdowdowdowdowdowdowdowdowdowdr) של ® (ה-HD) של ® (R) 7.

חלקיקים Accelerators ו- Fusion

LHC מכיל מעל 1,600 מגנטים סופר-מוליכים, כל מגניב על ידי מערכת קירור נוזלי helium מבוזרת המספקת -130 טון של הליום ב-1.9 K. זה המערכת הבכינית הגדולה בעולם, עם כוח קירור של 144 קילווואט ב 4.5 KLC) מגנטים חייב לפעול באופן דקר במשך תקופות של שבועות עד חודשים, עם וריאציות נשמר מתחת ל-0.F3, כמו קיבולת קירור אוטומטית של מחסנית (R) באופן דומה, כמו מגנטים) באופן דומה, כמו מחסנים אוטומטית, כמו מגנטים (R.

Superconductors and the Road Ahead

חומרי HTS מציעים את ההבטחה של מגנטים הפועלים ב-20-77 K, להפחית באופן דרמטי את העלות ואת המורכבות של קירור.עם זאת, ה- HTS הם קרמיקה ודורשים טיפול חום זהיר וחיזוק. צפיפותם הנוכחית הקריטית טיפות בחדות אם הטמפרטורה עולה באופן לא אחיד, כמה מגנטי HTS (למשל, עבור היתוך קומפקטי) צריכים לפעול ב -20K עם שיניים גבוהות מאוד, שבו אפילו 1 יכול לנקב לתוך מחסנים גמישים כגון קירור יעיל.

במבט קדימה, מגנטים "חופשיים" שפועלים עם שלב יחיד של Cryocooler עבור HTS ו- LTS הופכים נפוצים יותר. המעבדה הלאומית מגנטית גבוהה בפלורידה, למשל, מפעילה 32 T כל מגנט המוליכים על-ידי כל-על שאינו משתמש בכבדות נוזלית.טמפרטורתו נשלטת בתוך 10 מ"ק באמצעות משוב פעיל.

מסקנה

בקרת טמפרטורה אינה מערכת אצילה עבור מגנטים על-מוליכים; היא הבסיס שעליו הביצועים שלהם, האמינות ומנוחה בטיחות.מ-4.2 K של מגנטים NbTi קונבנציונליים למכשירים 77 KTS המתעוררים, שמירה על טמפרטורה יציבה, אחידה נמוכה היא האתגר התפעולי היחיד של מגנטים, שיפור Cryostat בגליון, בזמן אמתי של אלגוריתמים מתקדמים, אשר הופך את כל האלגוריתמים גבוהים יותר ויותר, כך שיעזרו לאלגוריתמים, כמו גם לאלגוריתמים מתקדמים, כמו גם לאלגוריתמים, והופכים את האלגוריתמים מתקדמים יותר ויותר, כמו גם לאלגוריתמים, והופכים את האלגוריתמים, כמו גם לאלגוריתמים מתקדמים יותר ויותר יעילים יותר ויותר.