쓴 전자석
Bitter electromagnet |
비터 전자석 또는 비터 솔레노이드는 1933년 미국 물리학자 프랜시스 비터가 매우 강한 자기장을 만들기 위해 과학 연구에 사용한 전자석의 한 종류이다.쓰라린 전자석은 [1]2011년 기준으로[update] 지구상에서 가장 강한 연속적인 인공 자기장을 달성하기 위해 사용되어 왔습니다.
이점
쓴 전자석은 매우 강한 자기장이 필요한 곳에 사용됩니다.기존 전자석에 사용되는 철심은 포화 상태가 되어 약 2테슬라로 제한됩니다.초전도 전자석은 더 강한 자기장을 만들 수 있지만 플럭스 크리프로 인해 이론적인 한계가 더 높지만 10테슬라에서 20테슬라로 제한됩니다.강한 자기장의 경우 Bitter 설계의 저항성 솔레노이드 전자석이 사용됩니다.단점은 매우 높은 구동 전류를 필요로 하고 대량의 열을 방출한다는 것입니다.
건설
쓴 자석은 와이어의 코일이 아닌 나선형으로 쌓인 원형 전도성 금속판과 절연 스페이서로 구성됩니다.전류는 플레이트를 통해 나선 경로를 따라 흐릅니다.이 디자인은 1933년 미국의 물리학자 프란시스 비터에 의해 발명되었다.그를 기리기 위해, 그 접시들은 비터 접시들로 알려져 있다.적층판 설계의 목적은 자기장 강도의 제곱에 따라 증가하는 플레이트의 이동 전하에 작용하는 자기장으로 인해 로렌츠 힘에 의해 생성되는 엄청난 외부 기계적 압력을 견디기 위한 것입니다.또한 냉각제로서 플레이트의 구멍을 통해 물이 순환하여 플레이트를 흐르는 큰 전류에 의한 저항 가열에 의해 플레이트에 발생하는 막대한 열을 빼앗는다.열방산도 자기장 강도의 제곱에 따라 증가합니다.
1990년대 중반, 탈라해시에 있는 플로리다 주립 대학의 국립 고자기장 연구소(NHMFL)의 연구원들은 이 기본 디자인을 개선했고 그들이 플로리다 비터라고 부르는 것을 만들었다.설치 및 냉각 홀을 늘림으로써 시스템에서 발생하는 응력이 크게 감소하고 냉각 효율이 향상됩니다.원래 쓴맛 판의 응력이 증가하면 작은 원형 냉각 구멍이 정렬에서 벗어나 냉각 시스템의 효율이 떨어지게 됩니다.응력이 감소하기 때문에 플로리다 비터 플레이트는 덜 휘어지며 디스크가 휘어지더라도 가늘고 긴 냉각 구멍은 항상 부분적으로 정렬됩니다.이 새로운 설계로 효율이 40% 향상되었으며, 비터 플레이트 기반 저항성 자석에 적합한 설계가 되었습니다.
전류 밀도 및 자속 밀도
동선과 달리 전류반송디스크의 전류밀도는 단면적으로 균일하지 않고 디스크 내경에 대한 디스크 내경 비율의 함수이다.이 관계의 의미는 반지름이 증가함에 따라 전류 밀도가 감소한다는 것입니다.따라서 전류의 대부분은 디스크 내부 반지름에 가깝게 흐릅니다.큰 디스크(즉, 안쪽과 바깥쪽 반지름 사이에 큰 차이가 있는 디스크)는 디스크의 안쪽과 바깥쪽 부분의 전류 밀도에 큰 차이가 있습니다.디스크에 따라 온도와 응력 구배가 커지기 때문에 효율이 저하되고 시스템이 복잡해집니다.따라서 대형 디스크가 있는 단일 코일에 비해 넓은 결합 영역에 걸쳐 전류를 보다 균등하게 분배하기 위해 일련의 중첩 코일이 자주 사용됩니다.
자속 밀도를 계산할 때 균일하지 않은 전류 밀도도 고려해야 합니다.와이어의 기본 전류 전달 루프에 대한 Amper's 법칙은 축방향 자속이 와이어를 통과하는 전류에 비례하며 루프의 기본 형상과 관련이 있지만 와이어 단면의 형상에는 관련이 없음을 나타냅니다.전류 밀도는 와이어의 단면적에 걸쳐 균일합니다.이것은 Bitter 디스크에는 해당되지 않습니다.따라서 현재 용어는 디스크의 단면적과 전류 밀도를 설명하는 용어로 대체해야 합니다.결과적으로 Bitter 디스크의 축방향 자속 밀도에 대한 방정식은 훨씬 더 복잡해집니다.
차동 플럭스 밀도는 전류 밀도와 차동 면적과 관련이 있습니다.냉각 및 설치 구멍과 관련된 디스크의 변화를 보상하기 위해 공간 계수의 도입이 포함되어야 합니다.
쓴 자석을 기록하다
지구상에서 가장 강한 연속 자기장은 비터 자석에 의해 생성되었다.2014년 3월[update] 31일 현재, 상온 자석이 달성한 가장 강한 연속장은 네덜란드 [2]니메겐에 있는 Radboud University High Field Magnet Laboratory의 Bitter 전자석이 생성한 37.5T입니다.
가장 강한 연속적인 인공 자기장 45T는 초전도 [1]자석 안에 있는 비터 자석으로 구성된 하이브리드 장치에 의해 생성되었습니다.저항 자석은 33.5T를 생성하고 초전도 코일은 나머지 11.5T를 생성합니다.전자의 자석은 30MW의 전력이 필요하며, 후자의 자석은 액체 헬륨을 사용하여 1.8K(-456.43°F)로 유지해야 하며, 냉각에 6주가 소요됩니다.풀필드에서 뛰는 데 시간당 1452달러가 든다.2019년, 또 다른 부분 초전도 전자석이 정적 직류 자기장의 세계 기록인 45.5T를 [3]달성했습니다.
「 」를 참조해 주세요.
레퍼런스
- ^ a b Coyne, Kristin (2008). "Magnets: from Mini to Mighty". Magnet Lab U. National High Magnetic Field Laboratory. Archived from the original on 2014-12-21. Retrieved 2008-08-31.
- ^ "HFML sets world record with a new 37.5 tesla magnet". High Field Magnet Laboratory. 31 March 2014. Archived from the original on 4 September 2015. Retrieved 21 May 2014.
- ^ "Magnet Sets World Record at 45.5 Teslas". 17 June 2019.
