Як влаштовані надпровідні магніти

Головною умовою для підтримки нульового опору є зниження температури до певного значення, яка залежить від матеріалу надпровідника в обмотці. Для цього електромагніт поміщається в посудину Дьюара, який заповнюється рідким гелієм. Щоб мінімізувати випаровування газу, ємність додатково занурюється в ще одну посудину Дьюара, але вже з рідким азотом.

У даних умовах обмотка надпровідного магніту має нульовий опір. Навіть якщо вона замкнута наглухо, то подається на неї електричний струм буде зберігатися як завгодно довго. Завдяки тому, що струм не загасає і циркулює в обмотці без пульсації, то магнітне поле виходить однорідним, що дозволяє створювати оптимальні умови для проведення різних наукових досліджень.

Надпровідний магніт має велику потужність, завдяки чому діамагнітні матеріали в радіусі дії його поля починають парити в повітрі. Навіть свинець, який не притягується звичайним магнітом, реагує на надпровідні пристрої.

Найцікавішим є факт реагування на таке магнітне поле речовин з води і вуглецю. Завдяки цьому в повітрі починають парити навіть органічні об’єкти невеликої ваги. Експерименти зі надпровідним магнітом дозволили підняти магнітним полем в повітря дрібних гризунів і жаб. Щоб забезпечити левітації живих об’єктів малого розміру, необхідно створити поле з індукцією в 16 Тл.

При підвищенні температури надпровідні пристрої втрачають свої властивості. Для виготовлення обмотки магнітів використовуються різні сплави ніобію. Зокрема, його з’єднують з цирконієм, титаном або оловом. Іноді використовується сплав ванадію і галію. Як посилення обмотувальних матеріалів в електромагніт застосовується мідь або алюміній. Жили з них роблять дуже тонкими, що дозволяє знизити тепловиділення. У самих жилах з міді або алюмінію використовується від 5 до 50% надпровідника, процентне співвідношення якого залежить від величини магніту. Обмотка покладена з зазорами таким чином, щоб забезпечити ефективну циркуляцію рідкого гелію, що забезпечує охолодження пристрою.

У звичайних провідниках циркуляція енергії викликає їх нагрівання. Це пов’язано з тим, що атоми кристалічної решітки металу провідника стикаються між собою. В результаті спостерігається втрата струму, який частково йде у вигляді викиду тепла. Таким чином, для подолання опору потрібно постійно витрачати енергію не за основним призначенням. Сам струм переноситься одиночними електронами. У надпровідниках передача енергії здійснюється спареними електронами, так званими куперовськими парами. Вони рухаються між кристалічної решітки металу провідника без опору, що виключає втрати енергії і не викликає нагрівання.

Посилання на основну публікацію