Imants superconductors

Un imant superconductor és un electroimant el bobinat del qual té la propietat d’un superconductor. Com en qualsevol electroimant, el camp magnètic es genera aquí per corrent directe que flueix a través del fil conductor. Però atès que el corrent passa en aquest cas no a través d’un conductor de coure ordinari, sinó a través d’un superconductor, les pèrdues actives en un dispositiu d’aquestes seran extremadament petites.

Com a superconductors per a imants d’aquest tipus, gairebé sempre actuen els superconductors del tipus, és a dir, aquells en els quals la dependència de la inducció magnètica de la força del camp magnètic longitudinal és no lineal.

Per tal que un imant superconductor comenci a mostrar les seves propietats, les condicions ordinàries no són suficients: cal portar-lo a una temperatura baixa, que en principi es pot aconseguir de diverses maneres. La forma clàssica és la següent: el dispositiu es col·loca en un recipient Dewar amb heli líquid, i el vas Dewar amb heli líquid es col·loca a l’interior d’un altre recipient Dewar, amb nitrogen líquid, de manera que l’heli líquid s’evapori el més baix possible.

Com a exemple real d’un potent imant superconductor, podem utilitzar l’imant de gran col·lisionador d’Hadrons (LHC), en el qual, utilitzant el més fort camp magnètic cal mantenir protons d’alta energia que volen a una velocitat increïble en una determinada trajectòria dins d’un túnel subterrani estès.

1232 enormes electroimants, que pesen unes 30 tones i tenen una longitud de 15 metres, s’instal·len uns al darrere del túnel del LHC. Els raigs de protó passen aquí per tubs prims, i aquests tubs passen per dins dels imants dipols, la magnitud de la inducció dels quals està regulada en el rang de 0,54 a 8,3 T.

Les propietats superconductores dels imants del LHC s’aconsegueixen mitjançant un fil especial superconductor: cada dipol magnètic conté una bobina individual superconductora enrotllada amb un cable niobium-titani, i el propi cable es compon dels cables més prims amb un diàmetre de 6 micres.

La conclusió és que el niobi-titani és un superconductor de baixa temperatura, de manera que la temperatura necessària per mantenir la superconductivitat nominal d'aquests bobinats és només d'1,9 K (inferior a la temperatura de la radiació de microones de fons a l'espai exterior).

El sistema de refrigeració d’imants LHC funciona gràcies a l’heli líquid, que es troba constantment en moviment. 97 tones d’heli líquid es troben a l’interior d’una closca especial, on s’obté superfluides d’aquest refrigerant sota una certa pressió.

El refredament directe de l’heli líquid es produeix sota la influència de 10.000 tones de nitrogen líquid. El procés de refrigeració es duu a terme en dues etapes: un congelador de tipus convencional primer refreda l’heli fins a 4,5 K, i després es refreda addicionalment, però ja a pressió reduïda. Tota aquesta acció dura aproximadament un mes.

Quan es garanteixen les condicions relatives a la temperatura, s’inicia el torn d’enormes corrents. Al LHC, el corrent de subministrament d’imants arriba als 12.000 amperis. Al mateix temps, es consumeix energia, comparable a la que suposa el subministrament elèctric de tota la ciutat de Ginebra. L'energia elèctrica per imant superconductor és d'aproximadament 10 MJ.

Els imants superconductors també s’utilitzen en tomògrafs i espectròmetres RMN, en trens de coixí magnètics, en reactors termonuclears i en moltes altres instal·lacions experimentals, per exemple. associada a la levitació.

Una dada interessant: els camps diamagnètics febles pràcticament no tenen cap efecte tangible en la diamagnètica, però quan es tracta de camps magnètics forts generats per imants superconductors, la imatge aquí canvia significativament.El carboni que entra en objectes orgànics i organismes vius és un diamagnet, de manera que una granota viva pot augmentar en un camp magnètic amb una inducció de 16 T.