Сверхпроводящий комбинированный корректирующий магнит
Полезная модель относится к ускорительной технике и может быть использована в ускорительных комплексах заряженных частиц, направлена на повышение надежности конструкции, качества поля, а также на снижение расхода сверхпроводника. Указанный технический результат достигается тем, что разделенный на четыре части магнитный экран позволяет создать в обмотке магнита контролируемое предварительное напряженное состояние, уменьшающее вероятность преждевременного перехода в нормальное состояние, а также повысить точность размеров обмотки.
Полезная модель относится к ускорительной технике и может быть использована в ускорительных комплексах заряженных частиц.
Одним из условий стабильной работы (без деградации) сверхпроводящих магнитов является создание в их обмотках оптимального механического напряженного состояния, которое обеспечивает минимальные перемещения элементов обмотки при возбуждении магнита и, следовательно, малые тепловыделения, связанные с трением. Механическое напряжение в обмотке достигается с помощью структурного элемента (бандажа), уравновешивающие пондеромоторные силы в магнитах.
Известно, что в сверхпроводящих магнитах бандаж и магнитный экран являются разными элементами, аналогично данный подход используется для корректирующих магнитов [1]. Так как экран находится за бандажом, он меньше влияет на создание магнитного поля в апертуре, что приводит к повышенному расходу сверхпроводника.
1. "The Development of the Inner Triplet Dipole Corrector (MCBX) for LHC", MT-15, Beijing, China, September 1997
В данном корректирующем магните используются две дипольные обмотки (вертикальная и горизонтальная). Вследствие этого, за счет выбора оптимальных угловых размеров обмотки предложено создание предварительных напряжений в обмотках за счет принудительного движения частей магнитного экрана попарно навстречу друг другу в двух взаимно перпендикулярных направлениях. На рис.1 эти направления обозначены стрелками «А» и «Б».
Поперечное сечение «холодной массы» сверхпроводящего комбинированного корректирующего магнита показано на рис.1. Магнит состоит из двух дипольных обмоток: вертикальной - 1 и горизонтальной - 2; магнитного экрана - 3, разделенного на четыре части, каждая часть имеет выступ; стягивающих скоб - 4; направляющих стержней - 5 и наружной оболочки - 6.
Такая конструкция позволяет создать расчетное предварительное напряженное состояние в обмотках в тангенциальном направлении и обеспечить необходимую точность внешних границ обмотки, чем достигается повышение надежности в работе и качества поля, а также, приводит к снижению расхода сверхпроводника за счет максимального приближения экрана к обмотке.
Размеры и механические свойства обмоток и других структурных элементов выбраны таким образом, что в конечном положении элементов экрана в обмотке создаются, как необходимые механические напряжения (в нашем случае расчетные напряжения в обмотках в тангенциальном направлении равны 50 МПа), так и обеспечивается положение внешних границ обмотки с необходимой точностью.
Проектное положение частей экрана достигается их упором в направляющие стержни, которые вложены в треугольные пазы соседних частей экрана, при этом между сопрягаемыми плоскостями частей экранов остается небольшой зазор. Это состояние фиксируется установкой четырех стягивающих скоб, размеры которых рассчитаны так, что после снятия внешней нагрузки на части экрана, последние немного расходятся (примерно на 0.05 мм), что позволяет удалить направляющие стержни.
В последующем, при охлаждении до рабочей температуры, зазоры между плоскостями экранов исчезают и, в рабочем положении отсутствуют, при этом значения предварительных напряжений в обмотке сохраняются примерно равными тем значениям, которые были достигнуты при сборке магнита.
Другое преимущество данного магнитного экрана заключается в максимальном приближение магнитного экрана к обмотке, что увеличивает влияние экрана на создание магнитного поля в апертуре магнита, и позволяет снизить количество сверхпроводника в обмотке.
Снаружи магнитный экран окружен оболочкой из нержавеющей стали. Разница в коэффициентах линейного расширения материалов экрана и оболочки приводит к тому, что при охлаждении исчезают зазоры между частями экрана, и вновь возникают при нагревании до комнатной температуры.
1. Сверхпроводящий комбинированный корректирующий магнит, отличающийся тем, что его магнитный экран состоит из 4-х частей, которые зафиксированы четырьмя скобами и внешней оболочкой, причем каждая часть имеет выступ.
2. Магнит по п.1, отличающийся тем, что состоит из двух дипольных обмоток, в которых создается предварительное напряжение за счет принудительного движения частей магнитного экрана попарно навстречу друг другу.
