Brevet FR2572843A1 — publié le 19860509

La présente invention se rapporte à un aimant supraconducteur ayant une bobine supraconductrice enroulée sur la circonférence interne d'un boîtier de la bobine, et plus particulièrement à un aimant supraconducteur ayant un blindage auxiliaire pour protéger la bobine supraconductrice de la chaleur rayonnant de l'extérieur. Un aimant supraconducteur conventionnel de ce type est décrit dans un article intitulé "A Thin Superconducting Magnet Solenoid wound with the Internal Winding Method for Colliding Beam Experiments", publié dans "Journal de Physique", Janvier 1984, Supplément, Pages C1-337 à C1-340, le contenu de l'article ayant été présenté, l'origine, à la 8ème conférence internationale sur la Technologique des Aimants tenue à Grenoble, France, du 5 au 9 Septembre 1983. Un dessin partiel du dispositif à aimant convention- nel est illustré sur la figure 1. En se référant aux dessins, un boîtier 1 de bobine qui est en aluminium, est refroidi par un réfrigérant cryogénique tel que de l'hélium liquide s'écoulant à travers des trous qui y sont formés ou à travers des tubes qui sont prévus tout autour. Sur la circonférence interne du boîtier 1 de la bobine est prévue une bobine supraconductrice cylindrique qui est enroulée par le conducteur 2a de la bobine. Une couche électriquement isolante 3 est disposée entre la surface interne du boîtier 1 de la bobine et la circonférence externe de la bobine supraconductrice 2. Cette couche est faite en résine époxy ou en laine de verre et est reliée à la fois au boîtier 1 et à la bobine 2 afin d'obtenir une bonne conductivité de la chaleur entre eux. Un blindage thermique principal 4 entoure le boîtier 1 de la bobine et la bobine supraconductrice 2 avec un vide 5 maintenu entre eux. Le blindage thermique principal 4 est refroidi par de l'azote liquide qui s'écoule à travers des tubes 11 disposés à sa surface. Les organes ci-dessus sont disposés à l'intérieur d'un récipient sous vide 6 dans lequel est maintenu un vide 5. Le blindage thermique principal 4 est supporté par des organes de support de traction 10 qui sont fixés aux parois internes 6a du récipient sous vide et qui ont une haute résistance thermique. Le boîiier 1 de la bobine est de même supporté à l'intérieur du blindage thermique principal 4. Le fonctionnement de l'aimant illustré est comme suit. Le boîtier 1 de la bobine est refroidi par l'hélium liquide puis refroidit la bobine supraconductrice 2 enroulée sur sa circonférence interne à environ 5 K et maintient l'état cryogénique. Un vide 5 est maintenu entre la bobine supraconductrice 2 et le blindage thermique principal 4 et entre le blindage thermique principal 4 et le récipient sous vide 6 afin de produire un isolement thermique. Lorsqu'un courant s'écoule à travers la bobine supraconductrice 2, un champ magnétique est produit. Ce champ magnétique produit une force radialement vers l'extérieur sur la bobine supraconductrice 2. Pour supporter cette force électromagnétique, le boîtier i de la bobine est disposé sur la circonférence externe de la bobine supraconductrice 2. Comme il n'y a pas d'organe mécanique de support sur la surface interne de la bobine supraconductrice 2, le poids de l'aimant peut être diminué et la perméabilité des particules peut être accrue dans une expérience de physique à haute énergie. Le dispositif conventionnel ayant la structure ci-dessus décrite présente l'inconvénient que lorsque la bobine supraconductrice 2 se trouve détachée du boîtier i de la bobine du fait des efforts répétés subis sur une longue période d'utilisation, il se développe une résistance thermique importante entre le boîtier 1 de la bobine et la bobine supraconductrice 2 et celle-ci est irradiée par la chaleur rayonnante du blindage thermique principal 4. La température de la bobine 2 augmente par conséquent, et l'on ne peut obtenir une performance prédéterminée. La présente invention a pour objet d'éliminer les inconvénients de l'aimant conventionnel ci-dessus. La présente invention a pour autre objet de produire un aimant supraconducteur de haute fiabilité et ayant un blindage thermique auxiliaire qui empêche la diminution de la performance d'une bobine supraconductrice. En tenant compte des objectifs ci-dessus,l'aimant supraconducteur de la présente invention comprend une bobine supraconductrice, un moyen de refroidissement disposé sur une circonférence externe de la bobine pour la refroidir à une température cryogénique, un moyen de liaison pour relier la bobine et le moyen de refroidissement pour établir une forte conductivité thermique entre eux, un blindage principal pour entourer le moyen de refroidisse- ment et la bobine pour les protéger de la chaleur rayonnant de l'extérieur, un blindage auxiliaire disposé entre la bobine et le blindage principal de manière opposée aumoyen de refroidissement-en ce qui concerne la bobine, pour protéger en supplément la bobine contre la chaleur rayonnante, et un récipient sous vide enfermant le blindage principal. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au-cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexes donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention, et dans lesquels: - la figure i est une vue en coupe partielle d'un aimant supraconducteur conventionnel; et - la figure 2 est une vue en coupe partielle d'un mode de réalisation de la présente invention. Un mode de réalisation de le présente invention sera maintenant décrit en se référant à la figure 2 des dessins joints, o les mêmes chiffres de référence que sur la figure 1 indiquent des parties identiques ou correspondantes. Le présent mode de réalisation de la figure 2 diffère de l'aimant de la figure i par le fait qu'un blindage thermique auxiliaire 7 est disposé entre la circonférence interne de la bobine supraconductrice 2 et le blindage thermique principal 4. Le blindage thermique auxiliaire 7 qui a une section transversale en forme de U ouverte radialement vers l'extérieur, est fait en un matériau tel que de l'aluminium ou du cuivre et il est refroidi par de l'hélium liquide qui s'écoule à travers des tubes 11 prévus à sa surface, à une température cryogénique, par exemple, de moins de 10 K. Ces tubes communiquent avec un passage d'un réfrigérant du boîtier i de la bobine. Le blindage thermique auxiliaire 7 est fixé au blindage thermique principal 4 par des organes de support thermiquement isolants 10. Le dispositif de cette invention est inférieur, en comparaison à un dispositif conventionnel, sur la base de la quantité de chaleur rayonnante. Les températures de la bobine supra- conductrice 2,du blindage thermique principal 4 et du blind2ge thermique auxiliaire 7 seront supposées être de 5 K, 80 K, -et 10 K, respectivement. Le rapport de la quantité de chaleur rayonnante est comme suit. quantité de chaleur rayonnante du dispositif de la présente invention quantité de chaleur rayonnante du dispositif conventionnel à la puissance quatre - 5 à la puissance quatre 1 à la puissance quatre - 5 à la puissance quatre 4730 Ainsi, la présente invention diminue fortement la quantité de chaleur rayonnante atteignant la bobine supraconductrice. Même lorsque la résistance à la chaleur entre le boîtier 1 de la bobine et la bobine supraconductrice 2 augmente du fait du nombre des années d'utilisation, la présente invention permet de limiter l'augmentation de température de la bobine supraconductrice 2 à un faible niveau, et de maintenir la performance de l'aimant. R E V E N D I CATIONS 1. Aimant supraconducteur caractérisé en ce qu'il comprend: une bobine supraconductrice (2), un moyen de refroidissement (1) disposé sur une circonférence externe de ladite bobine pour la refroidir à une température cryogénique; un moyen de liaison (3) pour relier ladite bobine et ledit moyen de refroidissement pour établir une haute conductivité thermique entre eux; un blindage principal (4) entourant ledit moyen de refroidissement et ladite bobine pour les protéger contre la chaleur rayonnant de l'extérieur; un blindage auxiliaire (7) disposé entre ladite bobine et ledit blindage principal de manière opposée audit moyen de refroidissement en ce qui concerne ladite bobine pour protéger en supplément ladite bobine contre la chaleur rayonnante; et un récipient sous vide (6) enfermant ledit blindage principal. 2. Aimant supraconducteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le blindage auxiliaire précité a une section transversale en U, ouverte radialement vers l'extérieur.