Представляем Большая наука M&W.
Большая наука M&W предлагает клиентам ряд хорошо зарекомендовавших себя конструкций токоподводов, оптимизированных по току, утечке тепла, типам охлаждающей жидкости и применению.
Мы предлагаем нашим клиентам доступ к более чем 20-летнему опыту и сети специалистов и единомышленников.
M&W Big Science берет на себя полную ответственность за весь процесс, начиная с концепции, дизайна, разработки, производства, FAT и тщательной документации.
Проектом может быть разработка прототипа, мелкосерийного или крупносерийного производства.
Наши обязательства всегда одинаковы:
В дополнение к непревзойденному качеству вы получаете оптимизированные токоподводы, которые будут исправно служить вашей установке долгие годы.
Рынок большой науки состоит из крупных исследовательских центров, научно-испытательных центров и часто финансируется правительствами или группами правительств. Во многих научных областях значительный прогресс достигается только с помощью объектов Большой науки, которые необходимы для проведения экзотических экспериментов.
Уникальные знания в области машиностроения и электротехники, а также высокий уровень мастерства M&W Big Science позволяют нам предлагать продукты и решения требовательным клиентам, для которых качество, долговечность и точность являются ключевыми факторами.
Брошюра Большая наука M&W
Контакты.
На глубине 100 метров под землей по кольцу длиной 27 км частицы ускоряются по часовой и против часовой стрелки.
- Каждый луч содержит 3000 «сгустков» частиц, по 100 миллиардов частиц в каждом сгустке.
- При столкновении двух сгустков только около 40 частиц сталкиваются лоб в лоб.
- Каждую секунду происходит столкновение 1 миллиарда частиц.
- Скорость протонных пучков достигает 99,9999991% скорости света в LHC, что заставляет их вращаться 11,245 раз в секунду.
- Энергия ускоренных протонов составляет 6,5 ТэВ, что дает 13 ТэВ в желаемом лобовом столкновении.
Большая наука M&W поставляет оптимизированные сверхпроводящие токоподводы.
- В ЦЕРНе около 10 ускорителей, которые строились постепенно в течение последних 50 лет.
- БАК построен в туннелях, ранее использовавшихся для Большого электронно-позитронного коллайдера, который был демонтирован в 2001 году.
- Mark & Wedell поставила в ЦЕРН токоподводы с током в диапазоне от 60 А до 13 000 А.
- Одной из самых заметных поставок Mark & Wedell для LHC было 410 токоподводов для «корректорных» дипольных магнитов, используемых для контроля пучка частиц LHC.
- Кроме того, в ЦЕРН были доставлены токоподводы с различными рабочими токами, в основном для целей магнитных испытаний.
- Потребляемая мощность LHC при полной работе эквивалентна выработке электроэнергии семью ветряными турбинами мощностью 10 МВт при полной работе.
- 1.232 изгибные дипольные магниты направляют пучки частиц вокруг кругового ускорителя.
- Каждый дипольный магнит имеет магнитное поле 8,33 Тл и поддерживается при температуре 1,9 К, что холоднее, чем в открытом космосе!
- Дипольные магниты имеют длину 15 м и весят около 35 т каждый.
Большой адронный коллайдер (БАК) является самым большим и мощным ускорителем частиц в мире и самым большим научным испытательным прибором из когда-либо созданных. Коллайдер представляет собой круговой ускоритель длиной 27 км, расположенный на глубине 100 м под землей. Частицы ускоряются в двух независимых вакуумных трубках, один из которых движется по часовой стрелке, а другой — против часовой стрелки.
Ускорители частиц ускоряют протоны и другие частицы почти до скорости света, прежде чем столкнуть их вместе в так называемых точках столкновения. Это делается для того, чтобы изучить фундаментальные взаимодействия в природе. БАК был построен для проверки Стандартной модели физики элементарных частиц: классификации всех известных элементарных частиц — строительных блоков окружающего нас мира. В 2012 году БАК подтвердил обнаружение бозона Хиггса, которое было предсказано в 1964 году. К настоящему времени компания Mark & Wedell разработала и поставила в ЦЕРН более 450 сверхпроводящих токоподводов.
Избранные ссылки на проекты.
Обзор продукта.
Существует большое разнообразие конструкций токовых выводов в зависимости от производительности, масштаба, сложности и области применения. Конструкции оптимизируются на основе спецификаций или ограничений установки, таких как рабочий ток, тип охлаждающей жидкости, расход охлаждающей жидкости и размеры.
Токоподводы M&W типа CVHH подходят для токов свыше 10 000 А
На этом принципиальном рисунке показаны токоподводы M&W типа CvHH, подходящие для токов свыше 10 000 А. Ток поступает на теплую клемму и выходит на холодную клемму. Токоподводы состоят из разных секций, в которых используются разные материалы и охлаждающие жидкости.
Соединяя большую науку и промышленность более 20 лет.
Теория термодинамики и электромагнетизма
Товары
Сверхпроводящий электромагнит
Мост между теплом и холодный терминал.
Текущие лиды являются ключевым компонентом любой сверхпроводниковой технологии. Он проводит ток от температуры окружающей среды 20 ⁰C в холодную среду, где эксплуатируются сверхпроводящие провода. Сверхпроводник необходимо охладить до криогенных температур, которые для низкотемпературных сверхпроводников составляют около 4 К (-269 ⁰C). При этой температуре сверхпроводник переходит в сверхпроводящее состояние и не имеет электрического сопротивления.
Ускорители частиц используют сильные магнитные поля либо для отклонения, либо для фокусировки/расфокусировки пучков частиц. Для создания такого сильного магнитного поля требуются сильные сверхпроводящие электромагниты. Эти магниты основаны на тонких сверхпроводящих проводах, которые могут проводить огромные электрические токи благодаря нулевому сопротивлению и, таким образом, могут создавать очень сильные магнитные поля в диапазоне от 1 до 10 Тл. из массивного медного блока и выходит через холодный терминал крошечным сверхпроводящим проводом.
In the following you will see how this transition between the large copper conductor at the warm terminal and the small superconductor at the cold terminal looks like.
Медные провода: проблема
Когда электрический ток проходит, например, по медному проводу, провод нагревается. Это связано с тепловыми потерями в проводе из-за электрического сопротивления меди. Если окружение проволоки не может поддерживать температуру материала ниже определенной, проволока перегреется и в конечном итоге расплавится. Следовательно, существует ограничение на то, какой ток может проводить любой данный медный провод. На изображении слева показаны медные провода, подключенные к теплым концам токоподводов, и медные провода способны выдерживать ток 15 000 А.
Более толстый медный провод, конечно, может нести больший ток, но тысячи ампер, необходимые для создания сильного магнитного поля, необходимого в ускорителях частиц, сделали бы медный кабель слишком толстым и непрактичным, и в то же время вызвали бы большие тепловые потери.
Сверхпроводящие провода: решение
Некоторые материалы теряют электрическое сопротивление при низких температурах. Эти материалы называются сверхпроводниками, и они не имеют омических потерь при прохождении через них электрического тока. Это делает сверхпроводники идеальными проводниками в электромагнитах, где должны быть созданы огромные магнитные поля. На изображении слева показаны ниобий-титановые провода, также способные выдерживать 15 000 А. Плотность тока в этих проводах в 4-500 раз больше, чем плотность тока аналогичных медных проводов.
Сверхпроводящие материалы становятся сверхпроводящими ниже определенной температуры перехода, также называемой критической температурой Tc, тогда как несверхпроводящие материалы по-прежнему имеют конечное сопротивление даже при 0 К (-273 ⁰C). Сопротивление этих двух типов материалов показано на следующем рисунке, где показана зависимость сопротивления от температуры.
Сверхпроводящее состояние материала также зависит от приложенного магнитного поля и силы тока, но в большинстве приложений сверхпроводник поддерживает плотность тока, в сотни раз превышающую плотность медных проводов.
Известные сверхпроводники и поиск новых
Ученые продолжают открывать новые типы сверхпроводников, и сверхпроводники с высокой температурой перехода пользуются большим спросом. Некоторые из недавних открытий включают сверхпроводники с температурой перехода почти при комнатной температуре, но только в экстремальных условиях, таких как давление 155 ГПа!
Технология, стоящая за наши сверхпроводящие токоподводы.
Токоподводы бывают разных форм и форм в зависимости от спецификации и применения. Есть много соображений, которые следует учитывать при разработке текущего лида.
-
1
-
2
-
1
-
2
-
1
-
1
-
2
-
3
-
1
-
2
-
1
-
2
-
3
-
1
Какой рабочий ток?
Типичный рабочий ток составляет от нескольких сотен до десятков тысяч ампер. Плотность тока резко меняется через токоподводы. Например, для CL 12 кА:
- Нормально проводящая теплая клемма может иметь поперечное сечение 40 см2 и плотность тока 300 А/см2.
- Сверхпроводящий кабель на холодном терминале может иметь сечение 0,10 см2 и плотность тока 125 000 А/см2.
Таким образом, плотность тока увеличивается примерно в 400 раз.
КАКИЕ ТИПЫ ХЛАДАГЕНТА МОЖНО ИСПОЛЬЗОВАТЬ?
- Например, в разделе 1 в качестве хладагентов может использоваться жидкий азот и его выкипания. Точка перехвата (точка пересечения участков 1 и 2) должна находиться ниже критической температуры перехода ВТСП-материала, которая выше температуры кипения жидкого азота (77 К). Это делает азот идеальной охлаждающей жидкостью для этой секции.
- На холодном конце используется жидкий гелий, а выпаренный газообразный гелий используется в качестве хладагента в секции 2. Большинство материалов LTS становятся сверхпроводящими при температурах ниже 10-15 К. Температура жидкого гелия составляет около 4 К, и поэтому он является идеальным хладагентом на холоде. Терминал.
КАКОВЫ ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ РАЗМЕРЫ КЛ?
- При слабом токе размер не должен быть больше размера трости. Для очень сильного течения он может быть 2 метра в длину, 30 см в диаметре и весить более 150 кг.
ПРИ КАКОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ РАБОТАЮТ ТОКОВОДЫ?
- Теплый конец токоподводов поддерживается при комнатной температуре (300 К).
- Токоподводы иногда закрепляют при промежуточной температуре (обычно 50-80 К) посередине.
- Холодный терминал обычно охлаждается жидким гелием до температуры около 2-4 К.
КАКОВ ТИПИЧНЫЙ РАСХОД LHE?
Расход охлаждающей жидкости очень сильно зависит от области применения и условий эксплуатации.
- Если CL используется только для нескольких тестов в год, будет достаточно простого CL на основе гелия (CvH). Тогда КЛ на 10 кА потребляет около 35 литров жидкого гелия в час.
- Однако, если CL используется в нескольких и/или непрерывно проводимых экспериментах, идеальным решением является использование HTS и азота в качестве дополнительного хладагента (CvHNH). В этом случае расход жидкого гелия на КЛ 10 кА сократится до менее 2 литров в час. Тогда также потребуется около 15 литров жидкого азота в час.
ИЗ КАКИХ МАТЕРИАЛОВ ИЗГОТОВЛЕН CL?
- Нормально проводящая часть (секция 1) любого из наших токоподводов будет состоять из высококачественной меди.
- Часть HTS (раздел 2) наших текущих лидов может, например, состоять из материалов BSCCO (bisko) или REBCO. Кроме того, в качестве опорной конструкции и защиты от закалки используется высококачественная нержавеющая сталь.
- Часть LTS наших текущих лидов может, например, состоять из NbTi.
КАКОЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ МОЖНО УСТАНОВИТЬ?
- Наши токоподводы обычно оснащены несколькими датчиками для измерения напряжения и температуры. Дополнительно в теплом терминале установлены ТЭНы.
