КАТУШКА ВЫСОКОДОБРОТНОГО ИМПУЛЬСНОГО СОЛЕНОИДА
COIL OF HIGH-Q IMPULSE SOLENOID

Область техники, к которой относится изобретение.
Изобретение относится к электрофизике и электротехнике и может применяться при изготовлении резистивных устройств (соленоидов) длительного использования предназначенных для работы в режимах однократных импульсов, импульсно-периодическом, резонанса токов, а также в режиме квазипостоянного тока.
Уровень техники.
К основным аналогам относятся многовитковые многослойные катушки прямоугольного сечения, поперечные размеры которых существенно больше поперечных размеров проводника, а распределение тока по сечению катушек однородно.
Существенным недостатком соленоидов изготовленных из таких катушек, является:
- низкая собственная добротность, приводящая к существенному нагреву соленоида и, как следствие, к значительному снижению амплитуды импульсного магнитного поля. Понятие собственной добротности соленоида будет дано ниже (2).
Наиболее близким аналогом (прототипом) изобретения является катушка, состоящая из двух секций - основной и дополнительной [1]:
- основная секция является обычной многовитковой многослойной катушкой,
- дополнительная секция выполнена в виде плоской спирали, раскручивающейся в противоположном, по отношению к виткам основной секции, направлении и, по сути, являющейся вторым выводом катушки.
Сущность изобретения.
Общие положения.
0
0
тр
тр
Как известно, добротность контура, образованного катушкой соленоида индуктивностью L и конденсаторной батареей емкостью C, с учетом сопротивления проводника катушки R, а также сопротивления R и индуктивности L подводящего тракта (Фиг.1), определяется выражением:
<mrow><msub><mi>Q</mi><mn>0</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mi>ω</mi><mrow><mn>2</mn><mi>β</mi></mrow></mfrac><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
<mrow><mi>ω</mi><mo>=</mo><msqrt><mrow><msubsup><mi>ω</mi><mn>0</mn><mn>2</mn></msubsup><mo>−</mo><msup><mi>β</mi><mn>2</mn></msup></mrow></msqrt></mrow>
- частота затухающих колебаний контура;
<mrow><msub><mi>ω</mi><mn>0</mn></msub><mo>=</mo><msqrt><mrow><mfrac><mn>1</mn><mrow><mi>L</mi><mi>C</mi></mrow></mfrac></mrow></msqrt></mrow>
- собственная частота контура;
<mrow><mi>β</mi><mo>=</mo><mfrac><mi>R</mi><mrow><mn>2</mn><mi>L</mi></mrow></mfrac></mrow>
0
тр
0
тр
- декремент затухания колебаний в контуре при R=R+R и L=L+L.
<mrow><msup><mi>β</mi><mn>2</mn></msup><mo><</mo><mo><</mo><msubsup><mi>ω</mi><mn>0</mn><mn>2</mn></msubsup></mrow>
<mrow><mi>ω</mi><mo>≈</mo><msub><mi>ω</mi><mn>0</mn></msub><mo>≈</mo><msqrt><mrow><mfrac><mn>1</mn><mrow><msub><mi>L</mi><mn>0</mn></msub><mi>C</mi></mrow></mfrac></mrow></msqrt></mrow>
<mrow><mi>β</mi><mo>≈</mo><msub><mi>β</mi><mn>0</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>R</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mrow><mn>2</mn><msub><mi>L</mi><mn>0</mn></msub></mrow></mfrac></mrow>
<mrow><msub><msup><mi>Q</mi><mo>′</mo></msup><mn>0</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msqrt><mrow><msub><mi>L</mi><mn>0</mn></msub></mrow></msqrt></mrow><mrow><msub><mi>R</mi><mn>0</mn></msub></mrow></mfrac></mrow>
тр
0
тр
0
0
В случае, когда затухание невелико (
и R<<R, L<<L), можно положить
и
. Подставляя полученные выражения в (1), получим, что добротность контура Q, при заданном значении емкости конденсаторной батареи C, в основном будет определяться параметром
, зависящим только от его внутренних свойств (размеры, материал, коэффициент заполнения и т.д.):
<mrow><msub><mi>Q</mi><mn>0</mn></msub><mo>≈</mo><mfrac><mrow><msqrt><mrow><mfrac><mn>1</mn><mrow><msub><mi>L</mi><mn>0</mn></msub><mi>C</mi></mrow></mfrac></mrow></msqrt></mrow><mrow><mn>2</mn><mfrac><mrow><msub><mi>R</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mrow><mn>2</mn><msub><mi>L</mi><mn>0</mn></msub></mrow></mfrac></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><msqrt><mi>C</mi></msqrt></mrow></mfrac><mfrac><mrow><msqrt><mrow><msub><mi>L</mi><mn>0</mn></msub></mrow></msqrt></mrow><mrow><msub><mi>R</mi><mn>0</mn></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><msqrt><mi>C</mi></msqrt></mrow></mfrac><msub><msup><mi>Q</mi><mo>′</mo></msup><mn>0</mn></msub><mtext> </mtext><mo>⇒</mo><mtext> </mtext><msub><msup><mi>Q</mi><mo>′</mo></msup><mn>0</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msqrt><mrow><msub><mi>L</mi><mn>0</mn></msub></mrow></msqrt></mrow><mrow><msub><mi>R</mi><mn>0</mn></msub></mrow></mfrac><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
который в дальнейшем будем называть собственной добротностью соленоида.
0
При незначительном затухании, потери запасенной энергии W, уменьшение амплитуды тока и магнитного поля за период колебаний, обратно пропорциональны добротности контура:
<mrow><mfrac><mrow><mi>Δ</mi><mi>W</mi></mrow><mrow><msub><mi>W</mi><mn>0</mn></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>2</mn><mfrac><mi>π</mi><mrow><msub><mi>Q</mi><mn>0</mn></msub></mrow></mfrac><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mi>и</mi><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mfrac><mrow><mi>Δ</mi><mi>J</mi></mrow><mrow><msub><mi>J</mi><mn>0</mn></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>Δ</mi><mi>H</mi></mrow><mrow><msub><mi>H</mi><mn>0</mn></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mi>π</mi><mrow><msub><mi>Q</mi><mn>0</mn></msub></mrow></mfrac><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>3</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
ΔW - потери запасенной энергии;
0
W - запасенная энергия;
ΔJ - уменьшение амплитуды тока за период колебаний;
0
J - амплитуда тока в начале периода;
ΔH - уменьшение амплитуды магнитного поля за период колебаний;
0
H - амплитуда магнитного поля в начале периода.
Поэтому, при разработке и создании мощных систем длительного использования, предназначенных для генерации магнитного поля, задача повышения собственной добротности соленоида, зачастую бывает одной из основных.
1
2
s
Условно, набор заданных параметров соленоида G(r, r, l, a, b, δ), определяющих его форму и размеры, будем в дальнейшем называть геометрией соленоида, где:
1
2
r и r - внутренний и внешний радиусы соленоида;
s
- l - длина соленоида;
а и b - размеры прямоугольного поперечного сечения проводника (см. Фиг.3);
- δ - толщина изоляционных прокладок.
По своей конструкции соленоиды делятся на два основных типа: однокатушечные и многокатушечные. Рассмотрим каждый из них в отдельности в заданной геометрии G.
Однокатушечный соленоид.
0
0
Для соленоида, состоящего из одной катушки, намотанной, для повышения коэффициента заполнения, шиной прямоугольного сечения, собственные сопротивление R и индуктивность L[1] можно представить в виде:
<mrow><mtable><mtr><mtd><mrow><msub><mi>R</mi><mn>0</mn></msub><mo>=</mo><mi>ρ</mi><mfrac><mrow><msub><mi>l</mi><mrow><mi>п</mi><mi>р</mi></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mi>S</mi><mrow><mi>п</mi><mi>р</mi></mrow></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mi>ρ</mi><mfrac><mrow><mi>π</mi><msub><mi>r</mi><mn>1</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>α</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><msub><mi>N</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mrow><mi>a</mi><mo>*</mo><mi>b</mi></mrow></mfrac><mo>=</mo><msub><mi>R</mi><mi>g</mi></msub><msub><mi>N</mi><mn>0</mn></msub><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>4</mn><mo>)</mo></mrow></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mrow /></mtd></mtr></mtable></mrow>
и
<mtable columnalign="left"><mtr><mtd><msub><mi>L</mi><mn>0</mn></msub><mo>=</mo><msub><mi>r</mi><mn>1</mn></msub><mfrac><mrow><msub><mi>μ</mi><mn>0</mn></msub><mi>π</mi><msup><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>α</mi><mo>+</mo><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mn>2</mn></msup></mrow><mi>λ</mi></mfrac><msup><mrow><mo>[</mo><mrow><mn>1</mn><mo>+</mo><mn>0,9</mn><mfrac><mrow><mi>α</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow><mrow><mn>4</mn><mi>λ</mi></mrow></mfrac><mo>+</mo><mn>0,64</mn><mfrac><mrow><mi>α</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow><mrow><mi>α</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow></mfrac><mo>+</mo><mn>0,84</mn><mfrac><mrow><mi>α</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow><mrow><mn>2</mn><mi>λ</mi></mrow></mfrac></mrow><mo>]</mo></mrow><mrow><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msup><msubsup><mi>N</mi><mn>0</mn><mn>2</mn></msubsup><mo>=</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><msup><mn>10</mn><mrow><mo>−</mo><mn>8</mn></mrow></msup><msup><mi>π</mi><mn>2</mn></msup><msub><mi>r</mi><mn>1</mn></msub><mo stretchy="false">(</mo><mi>с</mi><mi>м</mi><mo stretchy="false">)</mo><mfrac><mrow><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>α</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>3</mn></msup></mrow><mrow><mn>8</mn><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>4,1</mn><mi>α</mi><mo>+</mo><mn>0,9</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><mi>λ</mi><mo>+</mo><mn>3</mn><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>4,3</mn><msup><mi>α</mi><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><mn>3</mn><mi>α</mi><mo>−</mo><mn>1,3</mn></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac><msubsup><mi>N</mi><mn>0</mn><mn>2</mn></msubsup><mo>=</mo><msub><mi>L</mi><mi>g</mi></msub><msubsup><mi>N</mi><mn>0</mn><mn>2</mn></msubsup></mtd></mtr></mtable>
0
N=k*n - число витков в катушке;
<mrow><mi>k</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>l</mi><mi>s</mi></msub></mrow><mi>b</mi></mfrac></mrow>
- число витков в одном слое;
<mrow><mi>n</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>r</mi><mn>2</mn></msub><mo>−</mo><msub><mi>r</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mi>a</mi></mfrac></mrow>
- число слоев;
<mrow><mi>α</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>r</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>r</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mfrac></mrow>
<mrow><mi>λ</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>l</mi><mi>s</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>r</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mfrac></mrow>
и
- приведенные поперечный и продольный размеры соленоида;
g
g
R и L - геометрические факторы сопротивления и индуктивности соленоида, зависящие только от геометрии G, электрических свойств проводника и магнитных свойств среды.
<mrow><msub><msup><mi>Q</mi><mo>′</mo></msup><mn>0</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msqrt><mrow><msub><mi>L</mi><mi>g</mi></msub></mrow></msqrt></mrow><mrow><msub><mi>R</mi><mi>g</mi></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><msub><msup><mi>Q</mi><mo>′</mo></msup><mrow><mi>g</mi><mn>1</mn></mrow></msub></mrow>
g1
Подставив (4) в (2) получим:
откуда следует, что собственная добротность соленоида также определяется только его геометрией. Поэтому величину Q' будем называть геометрическим фактором собственной добротности однокатушечного соленоида.
Многокатушечный соленоид.
В случае, когда соленоид состоит не из одной, а из m одинаковых параллельно соединенных катушек, каждая из которых имеет число витков
<mrow><msub><mi>N</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mi>n</mi><mfrac><mi>k</mi><mi>m</mi></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>N</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mi>m</mi></mfrac><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>5</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
1
m
сопротивления одной такой катушки R и всего соленоида R можно выразить через Ro следующим образом:
- с уменьшением числа витков сопротивление каждой катушки уменьшается в m раз
<mrow><msub><mi>R</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>R</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mi>m</mi></mfrac><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>6</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
1
- в силу того, что m одинаковых катушек сопротивлением R соединены параллельно, полное сопротивление соленоида будет равно
<mrow><msub><mi>R</mi><mi>m</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>R</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mi>m</mi></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>R</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mrow><msup><mi>m</mi><mn>2</mn></msup></mrow></mfrac><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>7</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
2
Таким образом, разбиение соленоида заданной геометрии на m одинаковых параллельно включенных катушек, приводит к уменьшению его сопротивления в m раз.
m
0
1
g
2
Индуктивность такого соленоида L, по сравнению с индуктивностью L, также 2 уменьшится в m раз, т.к. при параллельном соединении одинаковых катушек полное число витков соленоида равно числу витков в одной катушке N, а геометрический фактор индуктивности соленоида L, при этом, в силу сохранения общей геометрии соленоида G, остается неизменным. Таким образом
<mrow><msub><mi>L</mi><mi>m</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>L</mi><mi>g</mi></msub><msubsup><mi>N</mi><mn>1</mn><mn>2</mn></msubsup><mo>=</mo><msub><mi>L</mi><mi>g</mi></msub><mo>*</mo><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mrow><msub><mi>N</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mi>m</mi></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>L</mi><mi>g</mi></msub><msubsup><mi>N</mi><mn>0</mn><mn>2</mn></msubsup></mrow><mrow><msup><mi>m</mi><mn>2</mn></msup></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>L</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mrow><msup><mi>m</mi><mn>2</mn></msup></mrow></mfrac><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>8</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
m
m
0
0
Проведя рассуждения аналогичные рассуждениям для однокатушечного соленоида и подставляя в (2) L и R из (7) и (8) вместо L и R из (4) получим значение геометрического фактора собственной добротности соленоида состоящего из m одинаковых катушек в сравнении с геометрическим фактором однокатушечного соленоида:
<mrow><msub><msup><mi>Q</mi><mo>′</mo></msup><mrow><mi>g</mi><mi>m</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msqrt><mrow><msub><mi>L</mi><mi>m</mi></msub></mrow></msqrt></mrow><mrow><msub><mi>R</mi><mi>m</mi></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mi>m</mi><mfrac><mrow><msqrt><mrow><msub><mi>L</mi><mn>0</mn></msub></mrow></msqrt></mrow><mrow><msub><mi>R</mi><mn>0</mn></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mi>m</mi><mo>*</mo><msub><msup><mi>Q</mi><mo>′</mo></msup><mrow><mi>g</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>9</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
Из (9) следует принципиально важное заключение:
разбиение соленоида заданной геометрии на m одинаковых параллельно соединенных катушек, приводит к повышению его собственной добротности так же в m раз (9), а значит в m раз (3) снижаются как энергетические потери, так и потери тока и магнитного поля, вызываемые затуханием, в связи с чем такое разбиение может являться одним из основных способов решения задачи повышения добротности колебательного контура.
Цель изобретения
Целью изобретения является:
gm
максимально возможное, при заданной геометрии G, повышение геометрического фактора собственной добротности соленоида Q', ведущее к существенному:
a) снижению тепловых потерь в проводнике соленоида;
b) повышению амплитудного значения тока и магнитного поля.
1
2
1
Цель достигается путем изготовления соленоида из одинаковых включенных «в параллель» двухсекционных катушек, обе секции которых намотаны прямоугольной шиной сечением a×b уложенной по раскручивающимся от радиуса r к радиусу r, в противоположных направлениях спиралям. Переход проводника из одной секции в другую происходит на внутреннем слое катушки, для чего, перед выполнением намотки, шина подвергается пластической деформации типа «сдвиг» в середине ее длины на величину равную сумме ширины шины и толщины межсекционной изоляции (Фиг.2), Длина деформированного таким образом участка приблизительно равна длине внутреннего витка катушки h≈2πr. Для предупреждения возможного электрического пробоя, между секциями и по бокам каждой катушки вклеиваются прокладки-шайбы (2) из электроизоляционного материала, толщиной 6, достаточной для предупреждения межсекционного пробоя. Для предотвращения разрушения соленоида собственным магнитным полем, изоляция проводника, в процессе намотки, пропитывается эпоксидным компаундом или каким-либо другим клеем, а изготовленная катушка подвергается запеканию до полной полимеризации клея.
<mrow><mi>M</mi><mo>=</mo><mi>max</mi><mrow><mo>{</mo><mi>m</mi><mo>}</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>l</mi><mi>s</mi></msub></mrow><mrow><mn>2</mn><mo>*</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>b</mi><mo>+</mo><mi>δ</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac></mrow>
Такая конструкция катушек позволяет при заданной геометрии G получить их максимально возможное количество
и, тем самым, достичь максимально возможного значения геометрического фактора собственной добротности соленоида. Положив в (9) m=М, получим:
<mrow><msub><msup><mi>Q</mi><mo>′</mo></msup><mi>g</mi></msub><mi>M</mi><mo>=</mo><mi>M</mi><mo>*</mo><msub><msup><mi>Q</mi><mo>′</mo></msup><mrow><mi>g</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>l</mi><mi>s</mi></msub></mrow><mrow><mn>2</mn><mo>*</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>b</mi><mo>+</mo><mi>δ</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac><mo>*</mo><msub><msup><mi>Q</mi><mo>′</mo></msup><mrow><mi>g</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>l</mi><mi>s</mi></msub></mrow><mrow><mn>2</mn><mo>*</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>b</mi><mo>+</mo><mi>δ</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac><mo>*</mo><mfrac><mrow><msqrt><mrow><msub><mi>L</mi><mi>g</mi></msub></mrow></msqrt></mrow><mrow><msub><mi>R</mi><mi>g</mi></msub></mrow></mfrac><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>10</mn></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
Соленоид, изготовленный из предлагаемых катушек, допускает работу в следующих режимах:
зап
дз
зап
дз
a) режим однократных импульсов, характеризующийся существенным превышением времени между двумя соседними импульсами запуска соленоида τ над временем τ, определяемым периодом колебаний в контуре соленоида Т=2π/ω и временем дозарядки t конденсаторной батареи τ>>τ=Т+t;
зап
b) импульсно-периодический режим, допускающий возможность запуска соленоида с максимальной частотой f=1/τ, не меняя схемы колебательного контура;
с
с) режим резонанса токов, в котором в качестве источника энергии используется сеть промышленной частоты, а параметры контура подбираются таким образом» что резонансная частота контура становится близкой частоте вынуждающих колебаний сети ωрез≈ω.
d) режим квазипостоянного тока. применяемый в ситуациях, когда экспериментальный комплекс, частью которого является соленоид, по условиям эксплуатации требуется запускать с существенно более высокой частотой, чем в режимах b) и с). В этом случае, благодаря специальной системе стабилизации, протекающий через соленоид ток. порождающий магнитное поле. поддерживается на постоянном уровне длительное время (несколько секунд и более), в течение которого с высокой частотой производится запуск экспериментального комплекса.
В случае длительной работы соленоида в режимах b), с) и d) может произойти перегрев проводника, способный привести к повреждению и пробою изоляции и, как следствие, выходу соленоида из строя. Катушки предлагаемой конструкции после специальной подготовки позволяют организовать эффективный отвод тепла практически из всего объема соленоида. Этого можно достичь двумя способами:
- путем погружения соленоида в хладагент, находящийся в статическом состоянии, например, в жидкий азот;
- созданием интенсивного потока хладагента, в качестве которого могут быть использованы газ или непроводящая жидкость протекающие между катушками соленоида.
Подготовка катушек заключается в следующем:
1. после запекания с наружных поверхностей катушек (обеих торцевых и продольной на внутреннем радиусе r (3 на Фиг.3)) полностью удаляется изоляция, открывая наружную поверхность проводника для улучшения его теплового контакта с хладагентом;
2. для создания направленного равномерного потока хладагента (на Фиг.5 показан стрелками) и для предотвращения короткого замыкания между витками соседних катушек, на открытые поверхности проводника, торцевые в радиальном (4 на Фиг.4) и внутреннюю в продольном (осевом) направлении (5 на Фиг.4 не показаны ввиду малой толщины), наклеиваются тонкие узкие изолирующие прокладки;
т
1
3. катушки насаживаются на тонкостенную трубу (8 на Фиг.5) из нержавеющей стали, внешний диаметр которой равен d=2*(r-δ).
На Фиг.5 показана схема охлаждения соленоида интенсивным потоком хладагента. Хладагент (6), поступая в замкнутый резервуар (7). распространяется между трубой (8) и внутренней поверхностью катушек в продольном направлении по всей длине соленоида, откуда равномерно распределяется в зазоры между катушками (9). где происходит основной отбор тепла, и, протекая радиально. выводится (10) из резервуара.
В качестве хладагента можно использовать как газ, так и непроводящую жидкость.
Использование сжиженного гелия и доведения, тем самым, проводника соленоида до сверхпроводящего состояния, очень усложняет как всю систему создания магнитного ноля. так и ее обслуживание. Эффективней, в лабораторных условиях, пожертвовав сверхпроводимостью, для охлаждения проводника соленоида использовать сжиженный азот. В этом случае, попутно с отводом тепла происходит уменьшение удельного сопротивления проводника, пропорционально которому уменьшается собственное сопротивление проводника соленоида, приводящее к дополнительному увеличению его собственной добротности.
Однако, на практике, особенно в полевых, мобильных установках, азотное охлаждение также может оказаться громоздким и неудобным. В таких случаях бывает достаточным использование обычной проточной воды, допускающее создание замкнутого цикла охлаждения по схеме, изображенной на Фиг.5.
ЛИТЕРАТУРА
1. Лагутин А.С., Ожогин В.И. «Сильные импульсные магнитные поля в физическом эксперименте». М.: Энергоатомоиздат, 1988. с.48