КРИОСТАТ ДЛЯ СВЕРХПРОВОДНИКОВОГО МАГНИТА Российский патент 1995 года по МПК H01F27/02 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к криостатам сверхпроводниковых магнитов, используемых в ускорителях и магнитных системах термоядерных установок.

Известны криостаты для сверхпроводниковых магнитов [1] состоящие из корпуса при температуре окружающей среды, внутри которого находится магнит, охлажденный до криогенных температур. Для создания поля с необходимыми параметрами сверхпроводниковый магнит должен быть зафиксирован. Этой цели служат подвески, которые связывают его с корпусом.

Применяемые подвески представляют собой тяги из титана, стеклопластиков и других материалов. Для обеспечения малого теплопритока необходимо увеличивать длину подвесок, что ведет к росту температурных деформаций, возникающих в процессе захолаживания. Наличие деформаций подвесок приводит к изменению положения магнита, т.е. к изменению его характеристик.

Известен криостат [2] в котором подвески выполнены из двух проволок, геометрически образующих цепь ромбов, соединенных вершинами друг с другом, а между ними вставлены стержни. Такая конструкция при правильном подборе материалов и геометрических размеров звеньев дает практически безусадочную подвеску, т. е. при температурных деформациях точка закрепления на магните не изменяет своего положения. Сложность сборной конструкции, наличие разноименных материалов, точность определения их характеристик усложняет применение таких подвесок.

Целью изобретения является упрощение конструкции.

Указанная цель достигается тем, что в криостате, содержащем корпус и теплоизоляционные подвески, установленные между магнитом и корпусом, подвески выполнены в виде тяг, причем место закрепления их находится ниже горизонтальной оси магнита и угол между горизонтальной осью и точкой закрепления подвески на магните выбирается из условия
α arcsin где L длина подвески;
δ L_t относительная деформация подвески;
R_m радиус точки закрепления магнита;
δ R_m относительная деформация магнита.

Данная формула достаточно точно отражает процесс температурных деформаций магнита и подвесок при захолаживании системы.

Для примера возьмем радиус магнита 0,5 м, длину подвески 0,7 м, изготовленной из стали, имеющей низкую теплопроводность. Тогда при температуре магнита 4,2 К и средней температуре подвески 150 К. δL_t 2 мм/м; δR_m 4 мм/м, и по формуле
α arcsin arcsin 0,7 44,4^°
Известно применение подвесок в виде тяг, когда они закрепляются на горизонтальной оси или ниже ее. Это объясняется необходимостью увеличения длины подвески и снижением теплопритока, при этом компенсация тепловых деформаций подвесок и магнита не достигается.

Отличие предложенной подвески заключается в том, что при закреплении подвески на магните в определенной его точке имеется возможность высокой точности фиксации магнита. Известные подвески этой задачи не решают.

На фиг. 1 изображен криостат для сверхпроводникового магнита; на фиг.2 узел I на фиг.1, место крепления подвески к магниту.

Криостат содержит корпус 1, теплоизоляционные подвески 2 и магнит 3, R расстояние от центра магнита до точки его закрепления, Δ R, Δ L изменение геометрических размеров магнита и подвески.

Криостат работает следующим образом. Для создания условия сверхпроводимости магнит захолаживают до криогенных температур. Подвески, имеющие контакт с магнитом, понижают свою температуру и уменьша- ют свою длину на величину Δ L L ˙δ L_t. Захоложенный магнит также уменьшает свои размеры и точка закрепления перемещается из точки I в точку II.

Так как средняя температура подвески значительно выше температуры захоложенного магнита, то и δ L_t << δ R_m и поэтому R < L, что создает возможность иметь подвеску практически любой (конструктивной) длины и получать теплоприток к магниту, соизмеримый с общеизвестными подвесками.

Предлагаемый криостат имеет следующие преимущества в сравнении с прототипом:
новый криостат проще в изготовлении, так как подвески, содержащиеся в нем, представляют собой тяги, давно изготовляемые в промышленности, освоены производством и не представляют ни технической ни технологической трудности;
материалы, из которых изготовлены подвески, могут быть любыми, т.е. это могут быть как стали с низким коэффициентом теплопроводности, так и разного вида стеклопластики, обеспечивающие низкий теплоприток к криоагенту, т.е. подбор материалов не связан с конструкцией подвески.

Перечисленные преимущества дают возможность создавать простые и экономичные криостаты для сверхпроводниковых магнитов.

Использование: избретение относится к электротехнике, в частности к криостатам сверхпроводниковых магнитов, используемых в ускорителях и магнитных системах термоядерных установок. Сущность изобретения: криостат для сверхпроводникового магнита содержит корпус 1, магнит 3 и теплоизоляционные подвески 2. Для фиксации магнита 3 при захолаживании относительно теплого корпуса подвески крепятся на магните ниже его горизонтальной оси и угол между горизонтальной осью и точкой закрепления выбирается из условия α = arc sinδL_t/RδR_m, где L - длина подвески, δL_t относительная деформация подвески, F_m радиус точки закрепления магнита, δR_m относительная деформация магнита. При взаимном захолаживании подвесок и магнита и их температурных деформациях точка закрепления магнита перемещается таким образом, что ось магнита не изменяет своего положения. Применение такого криостата позволяет точно фиксировать магнит в процессе захолаживания, т. е. не изменять его физических характеристик, а простота и технологичность подвесок, применяемых в нем, позволяет упростить всю конструкцию криостата. 2 ил.

КРИОСТАТ ДЛЯ СВЕРХПРОВОДНИКОВОГО МАГНИТА, содержащий корпус и теплоизоляционные подвески, установленные между магнитом и корпусом, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции при сохранении точности фиксации магнита, подвески выполнены в виде тяг, причем место закрепления их находится ниже горизонтальной оси магнита и угол α между горизонтальной осью и точкой закрепления подвески на магните выбирается из условия

где L длина подвески;
δL_t относительная деформация подвески;
R_m радиус точки закрепления магнита;
δR_m относительная деформация магнита.