แม่เหล็กแรงยิ่งยวดเป็นปรากฏการณ์ล่าสุด ก่อนศตวรรษที่ 19 แม่เหล็กชนิดเดียวที่มีอยู่คือหินที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติซึ่งทำจากแร่ที่เรียกว่าแมกนีไทต์ สิ่งนี้เริ่มเปลี่ยนไปหลังจากปี 1819 เมื่อนักวิทยาศาสตร์ชาวเดนมาร์ก ค้นพบว่ากระแสไฟฟ้าในสายโลหะสร้างสนามแม่เหล็ก แต่ความแรงของแม่เหล็กที่ก้าวกระโดดที่แท้จริงไม่ได้เกิดขึ้นจนกระทั่งเกือบหนึ่งศตวรรษต่อมาด้วยการค้นพบตัวนำยิ่งยวด
ตัวนำยิ่งยวด
นำไฟฟ้าด้วยประสิทธิภาพที่สมบูรณ์แบบ ซึ่งเป็นข้อได้เปรียบอย่างมากสำหรับการสร้างแม่เหล็กแรงสูง: แม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดที่ทรงพลังที่สุดที่มีจำหน่ายในท้องตลาดในปัจจุบันสามารถสร้างสนามแม่เหล็กที่มีความเสถียรสูงถึง 23 T ซึ่งแรงกว่าแม่เหล็กในตู้เย็นของคุณมากกว่า 2,000 เท่า
ในเดือนธันวาคม 2017 การปรับปรุงเทคโนโลยีแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิต่ำ (LTS) ร่วมกับความก้าวหน้าของวัสดุตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูง (HTS) ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอีกครั้งในการพัฒนาแม่เหล็ก การสาธิตแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดทั้งหมด 32 T ที่ประสบความสำเร็จในฟลอริดา สหรัฐอเมริกา
ถือเป็นก้าวสำคัญในด้านนี้ ซุปเปอร์แม่เหล็กชนิดใหม่นี้คาดว่าจะพร้อมให้ผู้ใช้ใช้งานในปี 2019 และสนามแม่เหล็กที่มีความเสถียรสูงจะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ก้าวไปสู่จุดใหม่ในการศึกษาเกี่ยวกับนิวเคลียสแมกเนติกเรโซแนนซ์ อิเล็กตรอนแมกเนติกเรโซแนนซ์ โมเลกุลของแข็ง และการศึกษา
การแกว่งควอนตัมของโลหะเชิงซ้อน และอื่น ๆ พื้นที่ ในระยะยาว ความพร้อมใช้งานที่กว้างขึ้นของสนามแม่เหล็กแรงสูงดังกล่าวคาดว่าจะช่วยเพิ่มความเข้าใจของเราเกี่ยวกับตัวนำยิ่งยวดและวัสดุนาโนอย่างไรก็ตาม มีความท้าทายหลายประการที่เกี่ยวข้องกับการออกแบบและผลิตแม่เหล็กที่สามารถ
ผลิตสนามแม่เหล็กได้มากกว่า 25 ตัน ปริมาณพลังงานที่เก็บไว้ในระบบเช่นนี้มีจำนวนมาก และการจัดการแรงแม่เหล็กไฟฟ้าและความเครียดที่เกี่ยวข้องกับทั้งการกระตุ้นแม่เหล็กและด้วย การปล่อยให้อุ่นขึ้นและ “ดับ” (ตามที่ทราบกันดีว่าการเปลี่ยนจากตัวนำยิ่งยวดไปเป็นพฤติกรรมต้านทาน)
ไม่ใช่เรื่องง่าย
การผลิตสายไฟและเทป LTS และ HTS คุณภาพสูงและสม่ำเสมอตามมิเตอร์ (และตามจริงเป็นกิโลเมตร) ก็เป็นเรื่องยากเช่นกัน ความสำเร็จของการออกแบบขั้นสุดท้ายของ 32 T ไม่ได้เกิดขึ้นชั่วข้ามคืน แต่เป็นผลผลิตของการพัฒนาด้านวิศวกรรมและวัสดุอย่างเข้มข้นในช่วงเกือบทศวรรษ
การค้นหาตัวนำยิ่งยวดที่เหมาะสมแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดที่ ≥25 T โดยทั่วไปประกอบด้วยแม่เหล็กด้านนอก (หรือ “ส่วนนอก”) ที่ทำจากวัสดุ LTS และเม็ดมีดที่ใช้วัสดุ HTS ในแม่เหล็ก 32 T NHMFL ส่วนด้านนอกประกอบด้วยขดลวดไนโอเบียม-ดีบุก (Nb3Sn) สามขด และไนโอเบียม-ไททาเนียม (NbTi)
สองขด ทั้งหมดมาจากเทคโนโลยีตัวนำยิ่งยวด เมื่อรวมกันแล้ว ขดลวดเหล่านี้จะส่งสนามขนาด 15 T ผ่านแม่เหล็กที่มีรูกว้าง 250 มม. ส่วนเม็ดมีดให้ 17 T ในรูเย็นขนาด 34 มม. ที่พัฒนาโดย NHMFL โดยใช้เทปตัวนำยิ่งยวด HTS ขั้นสูงที่ผลิตโดย Superpower Inc. ทั้งสองส่วนถูกรวมเข้าด้วยกัน
การออกแบบ
ส่วนประกอบคู่ของแม่เหล็กสนามสูงเป็นสิ่งที่จำเป็น เนื่องจากแม่เหล็กเฉพาะ LTS ไม่สามารถสร้างสนามแม่เหล็กเกิน 21 T ที่ 4.2 K (หรือ 23 T ที่ 2.2 K) เนื่องจากข้อจำกัดทางกายภาพของวัสดุ LTS ตัวอย่างเช่น NbTi ได้รับการพัฒนาขึ้นในทศวรรษ 1970 และเป็น “ตัวขับเคลื่อน”
ของแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา อย่างไรก็ตาม วัสดุ NbTi สามารถทำหน้าที่เป็นตัวนำยิ่งยวดที่ฟิลด์สูงถึง 10 T ที่ 4.2 K (และไม่เกิน 11.7 T ที่ 2.2 K) สำหรับแม่เหล็กที่มีรูแคบน้อยกว่า 60 มม. สำหรับแม่เหล็กที่มีรูเจาะขนาดใหญ่ สนามแม่เหล็กสูงสุดจะต่ำกว่า ซึ่งจำกัดประโยชน์ของวัสดุ
ในแม่เหล็กสนามสูง ขดลวดทำจาก Nb 3วัสดุ Sn สามารถคงความเป็นตัวนำยิ่งยวดได้สูงถึง 23 T ที่ 2.2 K ซึ่งสูงกว่า NbTi ที่เป็นไปได้มาก แต่ก็จำเป็นต้องมีโครงสร้างคล้ายเส้นใยที่ละเอียดมากเพื่อป้องกันปรากฏการณ์ที่เรียกว่าฟลักซ์กระโดดที่กระจายพลังงานในตัวนำยิ่งยวด
และ อาจทำให้คอยล์ดับก่อนเวลาอันควรได้ ดังนั้น การผลิตลวด Nb 3 Sn จึงต้องดำเนินการตามขั้นตอนการควบคุมคุณภาพที่เข้มงวดเพื่อให้มั่นใจว่าจะทำงานได้อย่างเสถียรในพื้นที่สูงในทางตรงกันข้าม วัสดุ HTS สามารถนำกระแสไฟฟ้าที่มีนัยสำคัญได้ที่ 4.2 K และยังคงมีตัวนำยิ่งยวดที่อยู่เหนือขีดจำกัด
ของสนามแม่เหล็กซึ่งมีอยู่ในสายไฟที่มีไนโอเบียม โดยแสดงประสิทธิภาพที่ดีในสนามสูงถึง 45 T (ซึ่งสามารถสร้างโดยแม่เหล็กที่ รวมขดลวดตัวต้านทานและตัวนำยิ่งยวด) อย่างไรก็ตาม วัสดุเหล่านี้มาพร้อมกับความท้าทายเพิ่มเติมในแง่ของต้นทุน ความน่าเชื่อถือ และการยอมรับภายในชุมชนผู้ใช้
ลวด HTS รุ่นแรกทำจากตัวนำยิ่งยวดที่มีฐานเป็นคิวเรต บิสมัท สตรอนเทียม แคลเซียม คอปเปอร์ ออกไซด์ (Bi-2212) วัสดุนี้ทำงานอย่างสม่ำเสมอโดยไม่คำนึงถึงการวางแนวของสนามแม่เหล็ก แต่การผลิตจำเป็นต้องให้วัสดุผ่านการบำบัดความร้อนอย่างแม่นยำในออกซิเจน หลังจากนั้นวัสดุจะเปราะบาง
มาก และดังนั้นจึงไวต่อความเครียดสูง แม่เหล็ก NHMFL 32 T ใช้ลวด HTS รุ่นที่สองที่ทำจาก YBCO ซึ่งเป็นเซรามิกตัวนำยิ่งยวดที่ประกอบด้วยอิตเทรียม แบเรียม ทองแดง และออกซิเจน การผลิตสายไฟและเทป YBCO เพิ่มขึ้นในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา และคุณสมบัติเชิงกลของพวกมันดีกว่า Bi-2212
แต่พวกมันแสดงผลแบบแอนไอโซโทรปิกตามการวางแนวสนามซึ่งจำเป็นต้องนำมาพิจารณาในการออกแบบแม่เหล็ก พวกเขายังต้องการระบบการจัดการดับที่ซับซ้อนมากขึ้น กล่าวโดยย่อ วัสดุทั้งสองมีความท้าทาย แต่ก็มีข้อดีบางประการ และเป็นตัวเลือกที่แข็งแกร่งสำหรับแม่เหล็กสนามสูง
credit: brave-mukai.com bigfishbaitco.com LibertarianAllianceBlog.com EighthDayIcons.com outletonlinelouisvuitton.com ya-ca.com ejungleblog.com caalblog.com vjuror.com
