تحقیق درباره سیستم مغناطیسی برای تحقیق سوپررسانای

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 6

سیستم مغناطیسی برای تحقیق سوپررسانای

دمای بالا در یک میدان مغناطیسی

مقدمه

مشخصه ی رفتاری سوپر رساناهای دمای بالا، اندوکتانسی خیلی شدید از میدان بحرانی دوم BC2 می باشد که می تواند به اندازه ی 100-200 T بزرگ باشد.بررسی رفتار رساناها در دمای بالا در چنین میدانی ناگزیر به تولید میدانی به اندازه کافی بزرگ (تا 100cm3) می باشد که قادر به تطبیق حامل عایق گرمایی و اندازه گیری اجزاء سیستم می باشد انرژی باید در جمع کننده نسبی تا نزدیک j106 ذخیره شود که استفاده از ژنراتورها ی مغناطیسی انفجاری [1] یا بانکهای خازنی بزرگ [2] را لازم می کند . با این وجود ، مشکلات تنه مانند دمای سنگین و بارهای مکانیکی روی سلونوئید ها مانع کاربردهای پیچکهای چند دوره و راهنمای استفاده از سلونوئید های تک کاربره با قابلیت جابجایی المنتها یا وسایل مصرفی می شود.

این مقاله امکان تست(سیستم) مگاگوسی باهدفی شفاف راتوصیف می کند که اجازه میدهد آزمایشها با هر دوی المنتهای تجدیدپذیر ومصرفی اجراشود.

2-امکان تست مگاگوسی

منبع تغذیه شامل یک سیستم مغناطیسی و یک بانک خازنی Fμ 640 قادر به ذخیره 800Kj انرژی و دربالاتر، ولتاژ شارژ 50KV می باشد(انرژی کل ذخیره می تواند تا kj1600بالا باشد، با این وجود، امکان تست فقط نصف ظرفیت بانک برای آزمایشهای توصیف شده در این مقاله را استفاده می کند) . بانک خازنی شامل 24 مدل است ، که هر کدام ازنه خازن ازIKM-50-3 ساخته شده وبوسیله ی باسهای مسطح بهم متصل شده اند طراحی مخصوص عایقهای پلی اتیلن یک کلوز الکترودی فضایی و یک اندوکتانس خروجی پایینتر را اجازه می دهد . بانک در یک سطح حفاظتی که 2.5 متر از زمین فاصله دارد قرار گرفته است (شکل a1). هر مدل یک کموتاتور خودش را دارد و با 6 تا 10 mکابل دراز به باسهای جمع کننده متصل است . اندوکتانسهای فردی کابل گروهها بوسیله طول کابل برای هر گروه (30 یا 50) برابر می شود. کل کابلهای استفاده شده در جمع کننده در حدود هزاراست.اندوکتانس یک مدل خازنی با یک کابل ورودی کلوز در حدود nH20 است. اندوکتانس طراحی کل مدلها در حدود nH0.8 است و اندوکتانس کابل سیستم (شامل خاتمه ) nH0.7 است.

طراحی مدلها اجازه نصب بازدارنده های دشارژ گازی را می دهد [3] ، با این وجود عملی خواهد بود برای مورد دشارژهای نسبتا کمیاب برای اینکه از سیستمهای انتقال با اندوکتانس کم و کم هزینه استفاده کنیم که یا شامل بازدارنده های حالت جامد دشارژ افزایشی یا عایق متغییر است یا اعمال قانون جمع کننده های انرژی مگا ژول اولیه، بازدارنده های حالت جامد را استفاده می کردند جایی که عایق با محصولات انفجار الکتریکی خراب می شد [4]. بانک خازنی توصیف شده قانون راه اندازی شارژ، شامل شکست قطعه ای از عایق را استفاده می کنند،هنگامی که میدان در نصف گپ دشارژ تقویت می شود (بین الکترود 1و2،شکل 1b) با بکار گیری یک ولتاژ پالسی به الکترود میانی 2،برای بدست آوردن یک شکست چند کاناله،یک ولتاژ با سرعت فراخیز

درحدود باید تامین می شود. پالس های ولتاژ بوسیله ی دو ژنراتور سه مرحله ای Fitch[6] تولید می شوند و بوسیله کابلها به 24 بازدارنده ارسال می شوند [12 واحد برای بازدارنده رئیس ]، بعد بوسیله بازدارنده با 4 اتم نیتروژن اطراف دربا یک گپ دشارژ mm 4.5 به پیک می رسد . بار ژنراتور12 کابل11AKPV-11- با طول 10m و بصورت موازی وصل شده اند. با ولتاژ شارژ KV 35 در ورودی ژنراتور، خروجی آن با یک مقاومت موثر ohm2 شکل کابلها بار می شود یک ولتاژ پالسی با یک موج جلویی زیر nS50 و دامنه ای در حدود KV100 که شکست چند کاناله هر یک از 12 بازدارنده ی حالت جامد را تامین می کند. اندوکتانس سیستم انتقال در حدود nH -110 است یعنی خیلی پایینتر ازالمنتهای دیگر مدار دشارژ .

تنظیم آزمایشها برای تولید میدانهای مگا گوسی در سلونوئیدی با حجم بزرگ با استفاده از یک بازدارنده کشویی امکان پذیر می شود . اینجا ،برای تامین جریان المنتهای بازدارنده حالت جامد ،باس مسی با یک نوار پلاستیکی محکم فایبر گلاس با ضخامت mm2 جایگزین می شود در حالیکه یک الکترود آتشی را که به کابل آتشی بوسیله یک صحفه مسی قابل انعطاف وصل است حمل می کند . دشارژ کشویی در24 مدل خازنی بوسیله سیستمهای آتشی یکسان که در کموتاتور متناوب حالت جامد استفاده می شود راه اندازی می شود .اندوکتانس این نوع بازدارنده به اندازه ی مورد حالت جامد(درحدود nH5 برای هر مدل) خوب است . یک اشکال بازدارنده کاهش%20دامنه اولین جریان است که بعلت مقاومت اهمی نسبتا بالای کانالها در اولین نیم سیکل در ولتاژ شارژ بانکی نسبتا کم (V0<30KV) است. در V0>30KV یعنی در جریانهای بالاتر از KA200 برای هر مدل،در واقع هیچ مزیتی وجود ندارد. ارتباط های کابلی در یک کلکتور بخشی (شکل d1) مرتب شده اند که بخشهای آن خیلی شبیه آنهایی است که در منابع [7و8] توصیف شده اند.کلکتور بوسیله ی باسهای مسطح گپهای عایق کننده mm2به بار متصل شده است . اندوکتانس کل طراحی سیستم کلکتور و باسهای مسطح nH3.4 است، با باسهایی نزدیک به cm25 طول هر بخش است .اندوکتانس کل اتصال کوتاه کلکتورL0 در این مورد نزدیک به nH5 است.

توانایی جمع کننده انرژی توضیح داده شده در بالا بعنوان یک منبع تامین سیستمهای مغناطیسی با کاهش دامنه Bm در مرکز دور و با پارامترهای هندسی سلونوئیدهای تک – دوری که تولید یک میدان با چنین کاهشی در یک بانک دشارژ را بدون بدفرمی در دور را اجازه می دهند مشخص می شود .جدول زیر پارامترهای سلونوئید مقطع عرضی قائم الزاویه را ارئه می دهد، طول آنها L ،شعاع داخلی r وحجم عمل کننده ؛ میدان با Bm مشخص می شود . فرض می شود که شعاع داخلی خیلی بزرگتر از شعاع داخلی باشد ویک تقریب اثر پوستی بیان شده استفاده شود . دلیل این فرض اینست که در نیم-سیکل دوره در حدود s 10-5ضخامت لایه پوستی در برنز و آهن نزدیک به mm1 است یعنی خیلی کوچکتر از شعاع درونی دور می باشد . این طول توسط فرمول زیر محاسبه می شود .

جایی که W انرژی ذخیره شده در جمع کننده است .

این فرمول از بالانس معادله انرژی در مدار ژنراتور در لحظه جریان ماکزیمم بدست آمده است :

جایی که دامنه جریان است L0،اندوکتانس درونی ژنراتور ، اندوکتانس سلونوئید تک دور. این فرمول اگر L≥2r درست است و اگرنباشد بصورت فوق العاده برای جریان مرده با حرکت اولین ماکزیمم آن در طول یک دشارژ نوسانی [9] ساخته می شود.

پارامتراهای طراحی سیستم مغناطیسی (nH5=L0،W=800Kj )

از جدول می توان فهمید که ظرفیت ذخیره انرژی جمع کننده و اندوکتانس درونی ، تولید یک میدان القایی T 100 در یک حجم نزدیک به cm3100(تلفات و بدفرمی بوجود نمی آید ) را اجازه می دهد.

در حجم مشخص از شعاع (r=rm)و طول(L=Lm) حجم سلونوئید با یک القا ویژه در مرکز ماکزیمم (V=Vm) است. برای بدست آوردن میدانی با 75T= Bm ماکزییم حجم فضای سلونوئید( در حدود cm3200 ) در cm2.4=rm و Lm=11cm ، و با Bm=100T ، Vm=110 cm3 ، rm=2 cm و Lm=8.5 cm است.

یک سلونوئیدویژه برای آزمایشها ی تست مگا گوسی تواناییها ، طراحی شد .شامل یک واحد حامل جریان و یک سیستمی نگهداری مطمئن آنها . واحد حامل جریان برای تستها با میدانهای بالاتراز T50 (شکل 2)از یک ورقه برنز بریلیومی با ضخامت mm3 ساخته شده است.

تستهای میدانهای قوی ترشامل 70تا80 T القا با یک واحد دو لایه از ورقه های برنز بریلیومی و تانتانیوم برای لایه های داخلی و خارجی بترتیب با ضخامت mm 2.5جوش خوردنی انفجاری ساخته شده است. واحد حامل جریان به یک آلیاژ سخت خطی U-7 با استحکام نهایی Kg/mm2170 برای تستهای میدان T50 ،برای میدانهای قوی به آلیاژ تنگستن با بیس کربید با استحکام نهایی Kg/mm2400 جوش خورده است. واحد حامل جریان سلونوئید به باسهای جمع کننده توسط هادی های مسی 3،4و 5(شکل 2) متصل است. خط وهادی ها بوسیله ی یک نگهدارنده بزرگ (شکل C1) که از استیل با استحکام نهایی در حدود Kg/mm2100ساخته شده، با هم نگه داشته می شود سلونوئید با یک واحد حامل جریان برنز بریلیومی تستها را دریک میدان T50تحمل کند.

3-سلونوئید با القا داخلی با المنتهای قابل بد فرم شدن

در میدانهایی با القا در حدودT 100 یک قسمتی از سلونوئید بوسیله نیروهای دمایی و الکترومغناطیسی خراب می شود.بنابراین سیستم مغنا طیسی که عزم تولید چنین میدانی را دارد باید یک قسمت داخلی متغیرداشته باشد همچنانکه در مورد آزمایشهای میدانهای مگا گوسی سلونوئید تک دور کم حجم وجود دارد [10] سلونوئیدهای با قطر طویل ضخامت لایه ای که درون آن ماده ذوب می شود در مقایسه با شعاع کوچک است .

احیه ای که بد فرمی های پسماند را ارائه می دهد، در مقایسه خیلی ضخیم تر است.این لازم می سازد که ابعاد ومواد المنت متغییر سلونوئید را چنان انتخاب کنیم که خرابی باقی مانده از واحد تست را حذف کند. همچنین خیلی مطلوب است که از فیکسچرهای بی خطرسنگین و بیش ازاندازه جلوگیری کنیم که قسمت غیرانهدام پذیرسیستم مغناطیسی است.

چون دوره موثرالقاء T100 پالس های میدان درتوانایی این تست نسبتا" کم است ( در حدود s5- 10) بنظر می رسد که بتوانیم اندازه حرکت المنتهای ساختاری بزرگ را بدون مرزبندی آنها با اجزاء محکم ، استفاده کنیم. سیستم مغنا طیسی برای تحقیق ابر رساناها ، یک مادهای با رسانایی بالای پلاستیکی (برنز،برنج) که با نیم دور بزرگ ساخته شده بوسیله بخشهای بیرونی ونوار نوک تیز دو مخروطی ، که دارای طول قابل تعویض mm 20 درازی ، قطر داخلی mm30 ،mm44 قطر خارجی خطی (شکل 3) استفا ده می کند. این جملات در معرض بارهای سنگین قرار گرفته و می تواند هنگامی که از رده خارج شدند جایگزی شوند نیم دورهایی که بصورت مکانیکی متصل نیستند برای باس 4 بوسیله ی پوشش 5و وزن 6 مطمئن هستند. یک ارتباط مکانیکی نیم دورها با پوشش و باسها در سطح 7 ایمن هستند.

بعد از دشارژ ، خطها و قطعه نیم دورها بصورت افقی بد فرم می شوند (شکل 4) . انرژی که در طول شوک آشکار می شود بوسیله ی اصطکاک سطوح ارتباطی و تا حدی بوسیله ی وزنه ها جذب می شود . یک ارزیابی ساده نشان می دهد که با T100القا ء دشارژی با دوره (تناوب) موثر S5-10 .2 نیم دورهای cm10 را با یک پالسی در حدود ns100 آشکار می کند. با یک جرم Kg15 آنها به اندازه کوچک mm0.2 در طول زمان ارائه شیفت داده می شوند(بدون فوق العاده ای برای اثر وزنه ها ) در حالی که یک در انرژی در حدود j500 را جذب میکند .سیستم مغناطیسی در یک میدانی با دامنه القاء T70 تست می شود .نبود بدفرمی ذاتی سطح درونی نیم دورها ثبت شده، که به وسیله ی خطهای دگردیس پذیر جذب کننده شوک محاسبه می شود.هر نیم دور بعد از دشارژ در حدود mm2 شیفت می خورد.

4.اندازه گیری پارامترهای مواد ابر رسانا در میدان مغناطیسی پالسی

مطالعه ی نفوذ میدان مغناطیسی پالسی قوی در ابر رسانا های نوع سوم به اندازه ی اندازه گیری میدان مغناطیسی بحرانی دوم مهم است،اندازه گیری عمق نفوذی Cambell لازم است [11] وبنابراین تعیین نیروی مزاحم یکی از مشخصه های بحرانی یک ماده ابر رسانا است . چنین اندازه گیری در میدانهای قوی و بالاتر از قوی ( مگا گوس ) بوسیله ی تداخل سنگین تحریک شده ی ناشی از قانون ومدارهای کمکی ، پیچیده تر می شود و بنابراین توسعه تکنیکهای تداخل آزاد را واجب می کند در حالیکه سیگنال قانونی را برای کریر مدولاسیون دامنه در فرکانس بالا استفاده می کند و برای جلوگیری از نویز تحریک شده با فیلترها ، اگر فرکانس اساسی نوسانات پارازیتی از کریر بطورعمده متفاوت باشد.

روشهای اندازه گیری برای تعیین تغییر در اندوکتانس پیچک مرجع با تغییرات نفوذ میدان مغناطیسی به داخل بدنه ی رسانا مجاور، اساسی است. برای افزایش دقت اندازه گیری ، یک مدار رزونانس برای ثبت تغییرات در ولتاژ آن بعلت تغییرات فرکانس رزونانس آن ، استفاده می شود .

یک شماتیک از مدار اندازه گیری در شکل 5 نشان داده شده است . یک مثال از یک ماده ابر رسانای دمای بالا با یک ناحیه ای در حدود یک سانتی متر مربع بصورت یک پیچک مارپیچی L2 مسطح فشرده شده که ابعادش از ابعاد مثال تجاوز نمی کند . پیچک و مثال در یک نگهدارنده داخل یک فلاسک Dewerقرار داده می شوند که، در دورش ، در داخل یک سلونوئید مرتب شده و یک میدان مغناطیسی پالسی تولید می کند . نقشه پیچک وسطح مثال بصورت موازی به خطهای نیروی میدان مغناطیسی ست شده اند .فرکانس منبع ولتاژ اعمال شده بوسیله ی ژنراتور برای مدار رزونانس C1، L1و L2طوری انتخاب می شود که برابر با فرکانس رزونانس این مدار (Hz 10- 5) باشد. ولتاژ مدار رزونانس به یک اسیلوگراف از طریق یک فیلتر فرکانس پایین C2،3R، یک تشخیص گر، و فیلتر فرکانس بالای C3،4R خورانده می شود . تا زمانی که ولتاژ روشن است مدار تغییر نمی کند و سیگنال ثبت شده بوسیله ی اسیلوگراف صفر می باشد.

در ابتدا ولتاژ مدار Um با ماکزیمم نمودار رزونانس f(ω)=Um رابطه دارد جایی که ω فرکانس ومدور نوسانات مدار در مدار اندازه گیری ، می باشد .همچنانکه L2بعلت نفوذ میدان مغناطیسی به داخل نمونه افزایش می یابد رزونانس کوک می شود و ولتاژ Um می افتد.

زمانی که بانک خازنی C0 از طریق سلونوئید دشارژ می شود یک میدان مغناطیسی پالسی تولید می شود در حالیکه یک پالس با پلاریته منفی را در ورودی اسیلو گراف نتیجه می دهد.پالس پوش سیگنال فرکانس بالای