Brevet FR2046910A1 — publié le 19710312

la présente invention concerne les supraconducteurs ainsi que leurs procédés de fabrication. Plus particulièrement, l'invention se rapporte à un assemblage supraconducteur à l'intérieur duquel est ménagé un conduit pour le fluide réfrigérant. Il a déjà -été proposé un assemblage supraconducteur dans lequel au moins un élément de matériau supraconducteur, qui est-supraconducteur au-dessous d'une température critique, est enrobé dans une matrice constituant la paroi de l'assemblage, la matrice étant de préférence réalisée dans un matériau conducteur de la chaleur et de l'électricité, de façon que le courant d'hélium liquide, circulant dans la partie intérieure creuse de l'assemblage, maintienne la .température du matériau supraconducteur au-dessous de sa température critique. l'invention a pour objet un assemblage supraconducteur muni d'un conduit pour le fluide réfrigérant, et qui peut être facilement fabriqué en longueurs sensiblement plus importantes que ceux qui ont été fabriqués avec succès selon l'art antérieur. . Selon l'invention, un assemblage supraconducteur comporte au moins un composite supraconducteur, -comprenant au moins un composant de matériau supraconducteur au—dessous d'une température critique, enrobé dans une matrice d'au moins un matériau qui n'est pas supraconducteur à ladite température critique, ledit composite étant assemblé avec au moins un élément consistant en un ou plusieurs matériaux qui né sont pas supraconducteurs à ladite température critique, afin de former un assemblage tubulaire comportant au moins un conduit pour le .fluide réfrigérant maintenant ledit matériau supraconducteur à une température inférieure à sa température critique. De préférence, ledit composite est enfermé à l'intérieur du, ou des dits, éléments afin de réserver au moins deux conduits pour le fluide réfrigérant„ De préférence, ledit composite est assemblé avec le, ou les dits,éléments en y étant rigidement fixé, par exemple par soudage, mais si ledit composite est entièrement enferné dans le, ou les dits,éléments, leur assemblage peut être fait par fixation rigide,. ou ledit composite peut simplement être engagé dans sa position» Si l'assemblage supraconducteur ne comporte qu'un seul de ces éléments, il est de préférence, soit fermé sur lui-même et 70 22S78 2046910 fixe, soit fixé à au moins un composite, de façon à définir ledit conduit pour le fluide réfrigérant, ou en variante,- l'élément est de forme entièrement tubulaire. De préférence, ledit matériau supraconducteur est un alliage 5 supraconducteur de niobium et de titane, par exemple à 44 i° en poids de niobium,, De préférence aussi, ledit, au moins un, matériau constituant la matrice du composite, est uniquement du cuivre de haute conduc-tivité, mais en variante, ce matériau peut être un alliage à base 10 de cuivre de résistivité électrique plus grande que celle du cuivre pur commercial, par exemple un alliage cupro-nickel. Dans ce cas, le cupro-nickel peut soit constituer entièrement le matériau de la matrice, soit former une couche continue entourant lesdits éléments de matériau supraconducteur, le reste de la matrice étant 15 composé de tout autre matériau non supraconducteur au-dessous de ladite température critique0 De préférence, ledit composite supraconducteur contient plusieurs éléments de matériau supraconducteuri'" D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressor-20 tiront de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés illustrant plusieurs modes de réalisation donnés à titre explicatif et non limitatif. Sur ces dessins, la figure 1 est une coupe transversale d'une première 25 réalisation selon l'invention ; la figure 2- est xxne coupe transversale d'une variante de la première réalisation ; la figure 3 est une coupe transversale d'une -autre variante de la première réalisation j 30 la figure 4 est une coupe transversale d'une seconde réalisation selon l'invention ; la figure 5 est une coupe transversale d'une- troisième réalisation selon l'invention ; la-figure 6 est une coupe transversale d'une quatrième 35 réalisation selon l'invention ; la figure 7 est une coupe transversale d'une autre variante de la première réalisation, et la figure 8 est une vue en perspective d'une cinquième réalisation selon l'invention,, ^ -• -- 70 22578 3 2046910 La première réalisation selon 11 invention est illustrée par la figure 1 qui montre un assemblage supraconducteur 10 constitué d'une bande composite supraconductrice 11 assemblée avec deux éléments non supraconducteurs 12, en forme de U. • Plus en détail, la bande composite supraconductriee 11 comporte un grand noml?r«|^dp. gilgments 13 d'alliage supraconducteur au niobium et titane/dont la température critique est d'environ 9,2 0 K dans un champ magnétique nul, ces- filaments étant enrobés dans une matrice .de de cuivre/haute conductivité 14o Le cuivre n'a aucune propriété de supraconductivité à 9,2ÛK ni à 4,2°K. La bande 11 est fabriquée selon n'importe .quel procédé'convenable, par exemple en plaçant une certaine quantité de tiges de supraconducteur dans des ouvertures correspondantes d'une .billette de cuivre pour constituer un ensemble qui est extrudé, étiré, et finalement plané pour obtenir la configuration illustrée par la figure 1 « Un autre exemple de procédé convenant à la fabrication de la bande 11 est le-, laminage face contre face d'un certain nombre de bandes de cuivre ou autre non supraconducteur ductile avec un ou plusieurs fils supraconducteurs placés "dans chaque intervalle entre deux bandes» Chaque élément non supraconducteur 12 est en cuivre de haute conductivité et comporte deux- ailes parallèles 15 qui sont reliées ensemble par une base 16 encochée au centre intérieur de- façon à obtenir une rainure 17 de dimension convenable pour recevoir le bord correspondant de la bande composite supraconductrice 11. Chaque élément 12 peut être fabriqué sous forme d'une bande plate profilée avec s'a rainure 17, les ailes 15 étant obtenues ensuite par cintragei De cette façon,-des éléments 12 de grande longueur peuvent être adjacentes fabriqués en assemblant les extremites de bandes de cuivre/et en les Gintrant ensuite, l'opération de cintrage ayant l'avantage particulier de conférer au cuivre une certaine dureté dans le voisinage des angles résultants. L'assemblage de la figure 1 est obtenu en plaçant face à face les deux éléments 12, en interposant la bande composite supraconductrice 11 avec ses bords à l'intérieur des rainures correspondantes 17, les bords des ailes 15 qui se font face étant soudés ensemble par tout procédé convenable. Pour obtenir une soudure adéquate avec le minimum d'élévation de température, il est préférable d'utiliser le soudage par faisceau électronique. 70 22578 2046910 Ainsi qu'il a déjà été mentionné, les éléments 12 peuvent être fabriqués en longueurs quelconques et ceci s'applique aussi à la bande composite supraconductriee 1I puisqu'elle consiste toujours en bande et qu'il est par conséquent relativement 5 facile d'assembler les extrémités de bandes successives avec une résistance électrique minimum, par exemple par recouvrement des extrémités adjacentes, suivi d'un soudage et de l'enlèvement de 1*excès de métal afin de laisser un joint dont la section est la même que celle du reste de la bande. 10 L'assemblage tubulaire supraconducteur de la figure 1 est généralement enroulé autour d'un électro-aimant et il est alors utilisé à une température inférieure à la température critique du matériau supraconducteur. Cette température est d'abord obtenue, et maintenue ensuite, par le pompage d'hélium liquide 15 à environ 4,2°K, ou d'hélium comprimé supercritique juste au-dessus de 4,2°K, à travers les deux passages 18 et 19 qui sont formés de chaque côté de la bande 11, et à l'intérieur des deux éléments 12. Le fait que l'hélium soit enfermé de cette façon garantit un maximum de contact avec les faces de la bande 11 et 20 autorise l'emploi.de la compression. La circulation rapide et uniforme qui peut être obtenue, permet aussi d'éliminer rapidement toutes bulles d'hélium gazeux qui se forment dans l'hélium liquide , et l'hélium ayant absorbé de la chaleur est éloigné aussi vite que possible de l'endroit considéré. De plus, les 25 éléments 12 donnent à la bande 11 une solidité supplémentaire, et ceci est accru par la dureté des angles, déjà mentionnée ci-dessus. Et aussi, la haute conductibilité du cuivre des éléments 12 vient en aide à celle du cuivre de la bande 11, dans son rôle d'abaissement de la température, et d'évacuation. 30 de la chaleur produite par les filaments 13. Le fait également qu'il y ait deux conduits de réfrigération 18 et 19 réduit la possibilité d'élévation au-dessus de la température critique d'un tronçon de l'assemblage, en raison de l'augmentation de la surface de métal utilisée pour le refroidissement par l'hélium, 35 et le taux d'accroissement de toute petite partie réchauffée est réduit au minimum en raison de la circulation du réfrigérant réchauffé dans les conduits 18 et 19. Comme il vient d'être décrit, dans la première réalisation, les bords de la bande 11 sont simplement introduits dans les 70 22578 5 2046910 rainures correspondantes 17 prévues dans les éléments 12. Cependant, l'assemblage tubulaire peut être renforcé si nécessaire, et les contacts thermique et électrique entre la bande 11 et les éléments 12 peuvent être améliorés par soudage des bords de 5 la bande 11 dans les rainures 17. Ceci est réalisé de préférence par soudage par faisceau électronique le long de la ligne médiane de la base 16 de chaque élément 12. Dans une variante de la première réalisation, on peut prévoir plus d'une bande 11 à l'intérieur de l'assemblage tubulaire; par 10 exemple il peut y avoir deux de ces bandes parallèles et espacées l'une de l'autre. Dans ce cas, il y aura donc trois conduits à l'intérieur de l'assemblage 10. Ceci est illustré par la figure 2 avec les conduits 20, 21 et 22. Selon une autre variante, les deux composants 12 peuvent être 15 d'une seule pièce à l'endroit de-l'une des soudures représentées dans la figure 1. Il y a donc un seul élément qui est plié en forme de boîte et qui contient la bande 11, et il suffit alors d'une seule soudure pour fermer l'assemblage. La figure 3 montre une autre variante de la réalisation de 20 la figure 1 dans laquelle la bande 11 recouvre toute 1*épaisseur des éléments 1.2 de la figure 1. Dans ce cas, le soudage s'effectue entre le bord libre de chaque aile des éléments 30 en forme de XI et les faces de la bande centrale 11. La figure % montre une seconde réalisation selon l'inven-25 tion dans laquelle une seule bande de cuivre de haute conductivité est pliée en forme de boîte rectangulaire 31, et est soudée dans cette forme ainsi que représenté en 32» A l'intérieur de la bande 31 et avant le soudage, une bande composite supraconductriee 33 est placée et se loge suivant une diagonale de la boîte rectan-30 gulaire. Si nécessaire, la bande 33 peut être tenue en position par un soudage par faisceau électronique lorsque le formage en boite est effectué. La bande 33 détermine deux conduits 34 et 35 pour le réfrigérant. La figure 5 illustre une troisième réalisation selon l'inven-35 tion dans laquelle un assemblage tubulaire supraconducteur est obtenu en soudant un seul élément 44 en forme de U réalisé dans un matériau qui n'est pas supraconducteur à la température critique du matériau supraconducteur, par exemple du cuivre ou de 70 22578 6 2046910 l'aluminium de haute conductivité, sur une face d'une bande composite supraconductriee 45 qui a la même constitution générale que la bande 11 de la figure 1. Ainsi, dans cet exemple, une face entière de l'assemblage tubulaire est constituée par la bande 5 composite supraconductrice 45» et les trois autres faces sont constituées par l'élément 44 en forme de F» L'assemblage tubulaire de la figure 5 contient un seul conduit réfrigérant 46 0! En variante à cette troisième réalisation, plus d'une face de l'assemblage tubulaire peut être constituée de bandes 10 composites supraconductrices, par exemple sur la figure 5»la face opposée à celle constituée par la bande 45 peut être aussi une telle bande. Donc, dans cette variante (non représentée) deux bandes composites supraconductrices 45 aont situées parallèlement mais séparées l'une de. lrautre, et elles sont reliées 1 5 par deux bandes de cuivre qui définissent un tube rectangulaire contenant le conduit de réfrigération 46 i? La figure 6 montre -une quatrième réalisation selon l'invention dans laquelle une bande composite supraconductrice 47 est fixée sur une face d'un tube rectangulaire de cuivre 48» La 20 fixation 49 est faite par soudure à l'étain ou brasage0 Dans cet exemple on utilise un élément de matériau non supraconducteur qui est déjà sous forme tubulaire, avec un seul conduit de réfrigérant 50, avant d'être muni de sa bande composite supraconductrice. Si nécessaire, plus dsune face du tube de 25 cuivre 48 peut recevoir une bande composite ■supraconductrice. - En variante à toutes ces réalisations,d'autres matériaux supraconducteurs peuvent être utilisés, et les filaments supraconducteurs peuvent être en nombre quelconque, ou il peut n'y 30 en avoir qu'un seul. Dans ce dernier cas, le filament supraconducteur aura en général la forme d'une bande se trouvant à l'intérieur de la matrice en matériau non supraconducteur. La figure 7 illustre ce cas avec la bande de-supraconducteur 51 dans la matrice 14. -35 Les dimensions des filaments supraconducteurs peuvent varier à la demande; ils peuvent descendre au-dessous de 5/100 de mm de manière à obtenir une stabilité propre malgré les variations de flux, et ils peuvent être torsadés et transposés 70 22578 7 2046910 les uns par rapport aux autres pour diminuer le flux de couplage entre filaments. Pour obtenir une stabilité propre du supraconducteur, le matériau préféré pour constituer la matrice est encore le cuivre'de haute conductivité, mais en variante, 5 on peut utiliser pour la matrice un matériau dont la conductivité électrique est plus basse que celle du cuivre de haute conductivité; des alliages de cuivre comme le cupro-nickel peuvent être employés seuls comme matériau constituant la matrice, ou sous forme d'une couche entourant chaque filament supraconducteur 1Q à l'intérieur d'une matrice en cuivre, ou sous forme d'une couche entre deux rangées de filaments» En variante, si une haute conductivité est encore nécessaire, le cuivre de haute conductivité peut être remplacé par de l'aluminium ou un autre métal hautement conducteur tel que l'indium ou l'argent» 15 Dans une autre variante la résistance à l'allongement de l'assemblage tubulaire supraconducteur peut être augmentée en incorporant dans chaque élément non supraconducteur un certain nombre de filaments de renforcement, par exemple d'acier inoxydable ou dfun alliage à forte teneur en titane. En variante, 20 une ou plusieurs des surfaces extérieures de l'assemblage tubulaire supraconducteur peuvent recevoir un ruban d'un matériau plus •résistant, par exemple l'acier inoxydable» Da figure 8 illustre la cinquième réalisation selon l'invention, qui comporte un tube 60 de matériau non supraconducteur, 25 par exemple le cuivre de haute conductivité,le cuivre dur, l'aluminium ou- l'acier inoxydable,autour duquel sont en-roulés et soudés vingt-quatre fils 61. Chaque fil 6l,qui peut avoir une section rectangulaire ou circulaire,est normalement un composite constitue d'un certain nombre de filaments supraconducteurs 62 enrobés 30 dans une matrice 63 en matériau non supraconducteur tel que le cuivre de. haute conductivité ou le cupro-nickel;cependant certains des fils 61 peuvent n'être que de cuivre de haute conductivité pour respecter les conditions de conductivité électrique ainsi que de conductivité et d'absorption thermiques; d'autres fils 61 peuvent 35 être en matériau résistant comme pair exemple en acier inoxydable. Les filaments 62 dans chaque fil composite 61 peuvent avoir un diamètre inférieur à 5/100 de mm et être torsadés d'une façon qui donne une stabilité intrinsèque à chaque fil 61, la transposition de chaque fil 61 autour du tube 60 donnant une bonne stabilité globale» Plus 40 d'une couche 61 peut être prévue .Le tube 60 peut avoir une section carrée comme représenté ou toute autre section^ 70 22578 2046910 REVENDICATIONS 1. Assemblage supraconducteur caractérisé en ce qu'il comporte au moins un composite supraconducteur composé d'au moins un composant , en matériau supraconducteur qui est supraconducteur au-dessous d'une 5 température critique, enrobé dans une matrice d'au moins un matériau qui n'est pas supraconducteur à ladite température critique, ledit composite étant assemblé avec au moins un élément consistant en un ou plusieurs matériaux qui. n'e sont pas supraconducteurs à ladite température critique, de manière à réaliser un assemblage tubulaire 10 comportant au moins un conduit pour le fluide réfrigérant maintenant ledit matériau supraconducteur à une température inférieure à sa température critique. 2. Assemblage selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit composite est enfermé à l'intérieur dudit au moins un élément 15 afin de former au moins deux conduits pour le fluide réfrigérant. 3. Assemblage selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit composite est assemblé avec ledit au moins un-élément par fixation rigide. 4. Assemblage selon la revendication 2, caractérisé en ce que 20 ledit composite est simplement engagé à l'intérieur dudit élément. 5. Assemblage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte un seul élément fermé sur lui-même pour délimiter ledit conduit pour le fluide réfrigérant„ 6. Assemblage selon la revendication 1 ou les revendications 25 1 et 3, prises ensemble, caractérisé en ce qu'il comporte un seul élément de forme entièrement tubulaire. li Assemblage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit matériau supraconducteur est un alliage supraconducteur de niobium et de titane, par exemple à 44 i» en poids 30 de niobium. 8. Assemblage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7» caractérisé en ce que ledit, au moins un matériau de la matrice du composite est du cuivre,de l'aluminium, de l'argent ou de l'indium-de haute conductivité. 35 9. Assemblage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit au moins un matériau constituant la matrice du composite est soit un matériau unique ayant une résistivité électrique plus élevée que le cuivre, soit ce matériau est du cuivrei*