Superlaidūs magnetai

Superlaidus magnetas yra elektromagnetas, kurio apvija turi superlaidininko savybę. Kaip ir bet kuriame elektromagnete, magnetinis laukas čia sukuriamas tiesiogine srove, tekančia per apvijos laidą. Bet kadangi srovė šiuo atveju praeina ne per paprastą vario laidininką, bet per superlaidininką, aktyvieji nuostoliai tokiame įrenginyje bus ypač maži.

Kaip tokio tipo magnetų superlaidininkai, antrosios rūšies superlaidininkai beveik visada veikia, tai yra tie, kuriuose magnetinės indukcijos priklausomybė nuo išilginio magnetinio lauko stiprio yra netiesinė.

Tam, kad superlaidus magnetas pradėtų rodyti savo savybes, nepakanka įprastų sąlygų - jį reikia nukelti iki žemos temperatūros, kurią iš esmės galima pasiekti įvairiais būdais. Klasikinis būdas yra toks: prietaisas dedamas į Dewar indą su skystu heliu, o pats Dewar indas su skystu heliu įdedamas į kitą Dewar indą su skystu azotu, kad skystas helis išgaruotų kuo mažiau.

Kaip realų galingo superlaidžio magneto pavyzdį galime naudoti didžiojo hadronų susidūrimo (LHC) magnetą, kuriame, naudojant stipriausią magnetinis laukas būtina laikyti neįtikėtinu greičiu skriejančius didelės energijos protonus tam tikra trajektorija išplėsto požeminio tunelio viduje.

LHC tunelyje vienas po kito yra sumontuoti 1232 didžiuliai elektromagnetai, kurių kiekvienas sveria apie 30 tonų ir yra 15 metrų ilgio. Protonų pluoštai čia praeina per plonus vamzdelius, o šie vamzdeliai tiesiog praeina pro dipolio magnetus, kurių indukcijos dydis yra reguliuojamas nuo 0,54 iki 8,3 T.

Magnetų superlaidžios savybės LHC pasiekiamos naudojant specialų superlaidų laidą: kiekviename magnetiniame dipolyje yra atskira superlaidžiojo ritės žaizda su niobio-titano kabeliu, o pats kabelis yra sudarytas iš ploniausių laidų, kurių skersmuo yra 6 mikronai.

Esmė ta, kad niobis-titanas yra žemos temperatūros superlaidininkas, todėl temperatūra, reikalinga tokių apvijų vardiniam superlaidumui palaikyti, čia yra tik 1,9 K (žemesnė nei foninės mikrobangų spinduliuotės temperatūra kosmose).

LHC magneto aušinimo sistema veikia skysto helio, kuris nuolat juda, dėka. Specialios lukšto viduje yra 97 tonos skysto helio, kuriame esant tam tikram slėgiui pasiekiamas šio aušinimo skysčio perteklius.

Tiesioginis skysto helio aušinimas vyksta veikiant 10 000 tonų skysto azoto. Aušinimo procesas vykdomas dviem etapais: įprasto tipo šaldiklis pirmiausia atvėsina helį iki 4,5 K, o po to dar papildomai aušinamas, bet jau esant sumažintam slėgiui. Visas šis veiksmas trunka apie mėnesį.

Kai užtikrinamos sąlygos, susijusios su temperatūra, įsisuka didžiulės srovės. LHC magnetų tiekimo srovė siekia 12 000 amperų. Tuo pačiu metu sunaudojama energija, palyginti su tuo, kuris aprūpina visą Ženevos miestą. Vieno superlaidžiojo magneto elektros energija yra maždaug 10 MJ.

Superlaidūs magnetai taip pat naudojami NMR tomografuose ir spektrometruose, magnetiniuose pagalvinėse traukiniuose, termobranduoliniuose reaktoriuose ir daugelyje kitų eksperimentinių įrenginių, pvz. susijęs su levitacija.

Įdomus faktas: silpni diamagnetiniai laukai praktiškai nedaro jokio apčiuopiamo poveikio diamagnetikai, tačiau kalbant apie stiprius magnetinius laukus, kuriuos sukuria superlaidūs magnetai, vaizdas čia labai pasikeičia.Anglies, patenkančios į organinius objektus ir gyvus organizmus, diamagnetas, todėl gyva varlė gali sukibti magnetiniame lauke, kai indukcija yra 16 T.