Brevet FR2570215A1 — publié le 19860314

La présente invention se rapporte à un appareil supraconducteur ayant une bobine de solénoïde supra conducteur comprenant un enroulement mince enroulé sur une bobine, et en particulier à un moyen pour supprimer les augmentations locales du champ magnétique de la région extrême de la bobine de solénoïde supraconducteur. Les figures 1 et 2 illustrent un appareil conventionnel de ce type. Sur les figures, une bobine de solénoïde supraconducteur 1 est enroulée sous la forme d'un cylindre en enroulant un fil métallique supraconducteur 4 autour d'une bobine cylindrique 5. Le fil métallique supra conducteur 4 comprend un supraconducteur 2 noyé dans un matériau stabilisant 3. Le supra conducteur 2 a une section transversale rectangulaire dont l'épaisseur est bien plus faible que la largeur. La bobine de solénoïde supraconducteur 1 est abritée dans un cryostat 6. Le fonctionnement de cet appareil conventionnel est le suivant. Le solénolde supraconducteur mince cylindrique 1 ayant une épaisseur de bobine qui est faible en comparaison à son diamètre est utilisé dans un appareil de collision de particules, pour étudier des particules élémentaires, par des particules élémentaires de forte énergie cinétique comme cela est décrit dans l'article "Construction and test of the cello thin-wall solenoid (1980, Adv. Cryog. Eng. 25, page 175 - page 184). La bobine est aussi mince que possible de façon à la rendre plus transparente aux particules élémentaires. Les matériaux utilisés pour construire l'appareil sont basés principalement sur l'aluminium et le carbone, à l'exception du supraconducteur 2,ayant une meilleure transparence aux particules en considération. Bien entendu, une densité extrêmement élevée de courant est utilisée afin de ne pas augmenter inutilement l'aire en coupe du supraconducteur 2. Pendant le fonctionnement de la bobine de solénoide supraconducteur 1, le courant ne circule qu'à travers le supraconducteur 2 du fil métallique supraconducteur 4 et ne s'écoule usuelle ment pas à travers le matériau stabilisant 3.Le courant s'écoule à travers le matériau stabilisant 3 lorsque l'état supraconducteur est détruit et que le courant contourne pour favoriser un retour à un état supraconducteur comme cela est décrit dans "Institute of the Electrical Engineering Colîgiate Lectures; Superconducting Engineering" (1974, Japanese IEEE, page 60 - page 65). Ainsi, comme le supraconducteur 2 a une aire en coupe transversale très faible en comparaison au diamètre de la bobine 1, un champ magnétique très fort est produit aux parties extrêmes de la bobine de solénoide supraconducteur 1. C'est une sorte d'un effet final et un phénomène semblable est décrit dans "Electromagnetic Phenomenon Theory" (S. Maruyama, Maruzen Press, 1944, page 184). La force du champ électrique 6 à la partie extrême d'un plan semi-infini est exprimée par - # (# v)y = 0' # y ce qui est égal à - #A . En conséquence, lorsque ce qui est égal à - 2 vu . En conséquence, lorsque l'on a x = 0, C = - # . Lorsque l'épaisseur est infiniment faible, le champ magnétique à la partie extrême de la bobine de solénoide supraconducteur 1 devient infiniment important. Tandis que la grandeur de ce champ magnétique a généralement une limite supérieure du fait de l'épaisseur finie de la bobine, elle atteint néanmoins une valeur considérablement élevée. Comme l'appareil supraconducteur conventionnel est construit comme on l'a décrit ci-dessus, une augmentation du champ magnétique aux parties extrêmes de la bobine de solénoïde supra conducteur est inévitehls, ce qui rend quelquefois la supraconductivité impossible car la limite supérieure du courant dépend de la force du champ magnétique subi . Plus particulièrement, même si une stabilisation suffisante est prévue en terme du maintien du phénomène supraconducteur, quand la destruction partielle de la supraconductivité se produit, la destruction s'étend par une réaction en chaîne. Par conséquent, une contre mesure fiable est nécessaire pour un grand appareil expérimental de haute énergie tel que celui ci-dessus décrit. La présente invention a pour but d'éliminer les inconvénients de la conception conventionnelle ci-dessus décrite et a pour objet de prévoir un appareil supraconducteur où une augmentation du champ magnétique est empêchée et où la supraconductivité est maintenue de manière très fiable en construisant un supraconducteur d'un fil métallique supraconducteur afin qu'il ait une aire en coupe plus importante à la région extrême de la bobine de solénoïde supraconducteur qu'à la région centrale, pour ainsi abaisser la densité de courant à la région extrême. 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 annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels : - la figure 1 est une vue latérale en coupe d'un appareil supraconducteur conventionnel; - la figure 2 est une vue latérale en coupe agrandie de la région A montrée sur la figure 1; - la figure 3 est une vue latérale en coupe agrandie de la partie principale d'un mode de réalisation d'un appareil supraconducteur de la présente invention; et - les figures 4 et 5 sont des vues latérales en coupe agrandie d'autres modes de réalisation d'un appareil supraconducteur de la présente invention. Sur les figures, les mêmes chiffres de référence désignent des composants identiques ou correspondants. Un mode de réalisation de la présente invention sera maintenant décrit en se référant aux figures 3 à 5. Sur la figure 3, une bobine ou enroulement de solénoïde supraconducteur 11 enroulé sur une bobine 5 comprend une région extrême lla et une région centrale 21b, un fil métallique supraconducteur isolé 41a ayant deux spires, par exemple, sur la région extrême qui se compose d'un supraconducteur 21a noyé dans un matériau stabilisant 31, et un fil métallique supraconducteur isolé 41b dans la région centrale qui se compose d'un supraconducteur 21b noyé dans le matériau stabilisant 31. Le supraconducteur 21a dans la région extrême est construit de façon que son aire en coupe transversale soit plus importante que l'aire en coupe transversale du supraconducteur 21b dans la région centrale, pour ainsi réduire la densité de courant dans le fil métallique supra conducteur 41a dans la région extrême. Comme la densité de courant diminue de manière inversement proportionnelle à l'augmentation de l'aire en coupe transversale, une marge suffisante est obtenue dans la limite de supraconductivité pour un supraconducteur de la même supraconductivité. Par ailleurs, le fait que la densité de courant est faible signifie que le champ électromagnétique subi par le supraconducteur est faible comme on peut le comprendre par la loi de Vio Savar et ce phénomène produit un effet souhaitable sur la limite de supraconductivité.Par conséquent, la stabilité de la supraconductivité de la bobine est facile à maintenir et l'aire en coupe transversale du supraconducteur dans la région centrale de la bobine de solénoïde supraconducteur peut être suffisamment diminuée, permettant d'obtenir une haute stabilité et une forte économie de la bobine de sélonoide supraconducteur.De même, le refroidissement de la bobine de solénoïde supra conducteur peut être facilement effectué. Comme autre moyen pour augmenter l'aire en coupe transversale du fil métallique supraconducteur 41a, il est possible d'utiliser des fils métalliques supraconducteur 41a en deux spires ou plus qui sont connectés en parallèle comme le montre la figure 4 pour augmenter efficacement l'aire en coupe transversale du supraconducteur 21a. De même, comme le montre la figure 5, les fils métalliques supraconducteurs41a peuvent être placés les uns sur les autres en direction radiale ou bien les fils métalliques peuvent être connectés en parallèle pour augmenter efficacement l'aire en coupe transversale du supraconducteur Ces autres agencements offrent des avantages semblables à ceux offerts par le mode de réalisation précédent. Comme on l'a décrit, selon la présente invention, un supraconducteur du fil métallique supraconducteur a une aire en coupe transversale plus importante à la région extrême de la bobine de solénoïde supra conducteur qu'à la région centrale, ce qui abaisse la densité de courant et donc l'augmentation de température dûe au champ magnétique est supprimée, avec pour résultat une supraconductivité très stable. REVENDICATIONS 1. Appareil supraconducteur du type comprenant un enroulement de solénoide supraconducteur fait en un fil métallique supraconducteur enroulé sur une bobine, ledit fil métallique supraconducteur ayant un supra conducteur ayant une section transversale rectangulaire de largeur étroite, caractérisé en ce que ledit supraconducteur (21a) dudit fil métallique supraconducteur (41a) a une section transversale plus importante à la région extrême (lla) dudit enroulement de solénoïde supraconducteur (11) qu'à la région centrale (lob). 2. Appareil selon la revendication 1 caractérisé en ce que le fil métallique supraconducteur (41a) à la région extrême (lla) de l'enroulement de solénoïde supra conducteur (11) comprend un certain nombre de fils métalliques supraconducteurs (41a) et l'aire en coupe de chacun desdits supraconducteurs dans la région extrême est plus importante que celle dans la région centrale. 3. Appareil selon la revendication 1 caractérisé en ce que le supra conducteur précité à la région extrême de la bobine de solénoide supraconducteur comprend un certain nombre de supraconducteurs (21a) connectés en parallèle les uns aux autres, pour ainsi augmenter l'aire en coupe effective dudit supraconducteur dans la région extrême. 4. Appareil selon la revendication 1 caractérisé en ce que le supraconducteur précité à la région extrême de l'enroulement de solénoïde supraconducteur comprend un certain nombre de supraconducteurs (21a) connectés en parallèle les uns aux autres, lesdits supraconducteurs en parallèle étant enroulés les uns sur les autres en direction radiale, pour ainsi augmenter l'aire en coupe effective dudit supraconducteur dans la région extrême.