Imanes superconductores

Un imán superconductor es un electroimán cuyo devanado tiene la propiedad de un superconductor. Como en cualquier electroimán, el campo magnético se genera aquí por la corriente continua que fluye a través del cable de devanado. Pero dado que la corriente pasa en este caso no a través de un conductor de cobre ordinario, sino a través de un superconductor, las pérdidas activas en dicho dispositivo serán extremadamente pequeñas.

Como superconductores para imanes de este tipo, los superconductores del segundo tipo casi siempre actúan, es decir, aquellos en los que la dependencia de la inducción magnética de la fuerza del campo magnético longitudinal es no lineal.

Para que un imán superconductor comience a mostrar sus propiedades, las condiciones normales no son suficientes: debe llevarse a una temperatura baja, que en principio se puede lograr de varias maneras. La forma clásica es la siguiente: el dispositivo se coloca en un recipiente Dewar con helio líquido, y el recipiente Dewar con helio líquido se coloca dentro de otro recipiente Dewar, con nitrógeno líquido, para que el helio líquido se evapore lo más bajo posible.

Como un ejemplo real de un poderoso imán superconductor, podemos usar el imán Gran Colisionador de Hadrones (LHC), en el cual, usando el más fuerte campo magnético Es necesario mantener protones de alta energía volando a una velocidad increíble en una cierta trayectoria dentro de un túnel subterráneo extendido.

1232 enormes electroimanes, cada uno de los cuales pesa alrededor de 30 toneladas, y tiene una longitud de 15 metros, están instalados en el túnel del LHC uno tras otro. Los rayos de protones pasan aquí a través de tubos delgados, y estos tubos simplemente pasan dentro de imanes dipolos, cuya magnitud de inducción está regulada en el rango de 0,54 a 8,3 T.

Las propiedades superconductoras de los imanes en el LHC se logran mediante el uso de un cable superconductor especial: cada dipolo magnético contiene una bobina superconductora individual enrollada con un cable de niobio-titanio, y el cable en sí está compuesto por los cables más delgados con un diámetro de 6 micras.

La conclusión es que el niobio-titanio es un superconductor de baja temperatura, por lo que la temperatura requerida para mantener la superconductividad nominal de tales devanados es aquí solo 1.9 K (más baja que la temperatura de la radiación de microondas de fondo en el espacio exterior).

El sistema de enfriamiento magnético LHC funciona gracias al helio líquido, que está en constante movimiento. 97 toneladas de helio líquido se encuentran dentro de una carcasa especial donde la superfluidez de este refrigerante se logra bajo una cierta presión.

El enfriamiento directo del helio líquido se produce bajo la influencia de 10,000 toneladas de nitrógeno líquido. El proceso de enfriamiento se lleva a cabo en dos etapas: un congelador de tipo convencional primero enfría helio a 4.5K, y luego se enfría adicionalmente, pero ya bajo presión reducida. Toda esta acción lleva aproximadamente un mes.

Cuando se aseguran las condiciones con respecto a la temperatura, se establece el giro de las grandes corrientes. En el LHC, la corriente de suministro de los imanes alcanza los 12,000 amperios. Al mismo tiempo, se consume energía, comparable a la que representa el suministro de energía de toda la ciudad de Ginebra. La energía eléctrica por imán superconductor es de aproximadamente 10 MJ.

Los imanes superconductores también se usan en tomógrafos y espectrómetros de RMN, en trenes de amortiguación magnética, en reactores termonucleares y en muchas otras instalaciones experimentales, por ejemplo asociado con la levitación.

Un hecho interesante: los campos diamagnéticos débiles prácticamente no tienen ningún efecto tangible en la diamagnética, pero cuando se trata de campos magnéticos fuertes generados por imanes superconductores, la imagen aquí cambia significativamente.El carbono, que entra en los objetos orgánicos y en los organismos vivos, es un imán diamantado, por lo que una rana viva puede volar en un campo magnético con una inducción de 16 T.