Jaarboek no. 87. 2008/2009 - Koninklijke Maatschappij voor ...

Diligentia 47
BOX 3
Vanwege de randvoorwaarden die grenzen stellen aan het opwekken van hoge velden, bestaan
er verschillende ’’typen’’ van hoge velden (zie de figuur). De hoogste velden, maar gedurende een
zeer korte tijd, worden bereikt door een klein veld in een enkele winding snel te comprimeren zodat
de fluxdichtheid sterk toeneemt (fluxcompressie). Dit samendrukken gebeurt veelal explosief
met springstof en gedurende een ms kan meer dan 1000 T bereikt worden. Het hele experiment
wordt vernietigd. Iets minder drastisch is het een ms hoge stroompuls door een enkele winding
te sturen, die dan een hoog veld opwekt terwijl de winding naar buiten explodeert. Vanwege de
traagheid en het feit dat het koperplasma nog enige tijd geleidend is, kan zo korte tijd meer dan
100 T worden bereikt. Omdat de spoel naar buiten explodeert moet iedere keer een nieuwe winding
worden aangelegd, maar het experiment blijft veelal behouden. In deze technieken spelen de
randvoorwaarden koeling en krachten geen rol.
Door een capaciteitsbank over een spoel te ontladen en alles zo te dimensioneren dat de totale
energie wordt omgezet in het opwarmen van de spoel tussen stikstof- en kamertemperatuur, kunnen
op dit moment velden tot maximaal 74 T herhaald worden opgewekt. De spoel kan enige honderden
malen gebruikt worden. In wezen wordt op deze manier wel de randvoorwaarde voor de
kracht gerespecteerd, maar wordt geen acht op dissipatie geslagen omdat het experiment wordt
beëindigd voordat de temperatuur teveel oploopt. In Nijmegen zullen op deze manier pulsvelden
tot 80 T worden opgewekt. In plaats van een capaciteitsbank kan de energie ook uit een geregelde
generator worden ontnomen, waarmee flat-top velden van ongeveer 60 T gedurende 1 seconde
worden bereikt. Ook in dit geval wordt de energie opgeslagen in de opwarming van de spoel.
Veldsterkte (T)
100
80
60
40
20
>230 T
0
-6 -4 -2 0 2 4
Beschikbare experimenteertijd log t (s)
Continue magneetvelden (d.w.z. meerdere uren constant) kunnen opgewekt worden met behulp
van supergeleidende spoelen. Omdat supergeleiders weerstandsloos zijn wordt nauwelijks energie
gedissipeerd. Voor hoge velden zijn krachten wel een probleem waar het ontwerp rekening
mee moet houden. Het maximale veld dat zo bereikt kan worden is ongeveer 20 T en dit maximum
geldt al sinds 1986. De reden is dat in hoge velden de kritische stroom (de stroom waarbij een
supergeleider normaal wordt) sterk afneemt en bij de kritische veldsterkte (maximaal bereikbare
veld voor een supergeleider) naar nul gaat. Het gebruikte materiaal tot nu toe is NbSn 3 omdat het
vooralsnog het enige materiaal is dat betrouwbaar en in grote lengtes gemaakt kan worden. De
resistieve magneten en de hybride magneten (zie boven) worden met 20 MW installaties bekrachtigd;
in Nijmegen wordt op dit moment zo een 45 T magneet gebouwd.
Zeer hoge magneetvelden: hoe en waarom?
Explosief
Capaciteitsbank
Geregelde Voeding
Supergeleidend
Resistief
Hybride