JINR jest unikalnym ośrodkiem badawczym, gdzie prowadzone są badania podstawowe w dziedzinie cząstek elementarnych, fizyki jądrowej i materii skondensowanej. Akcelerator cząstek NUKLOTRON, który jest obecnie modernizowany w celu umożliwienia badań w zakresie średniej energii (projekt NICA) odgrywa kluczową rolę. Charakterystyczne w JINR jest to, że większość urządzeń zostało zaprojektowanych i wykonanych na miejscu przez naukowców z Instytutu. Główne elementy Nuklotronu - nadprzewodnikowy system magnetyczny i system chłodzenia, zostały zaprojektowane w sektorze NIKO. To tutaj, zostały przygotowane projekty elektromagnesów nadprzewodnikowych akceleratora i tutaj do chłodzenia elektromagnesów nadprzewodnikowych opracowano skraplarkę helu o wydajności 120l/h. Istotną rolę w realizacji tych zadań odegrał prof. A.G. Zeldowicz (Александр Григорьевич Зельдович), współpracownik prof. Kapicy. Przez wiele lat był kierownikiem NIKO. Jego prace kontynuował prof. J. A. Szyszow, Pod jego kierownictwem zaprojektowano i skonstruowano nadprzewodnikowy system magnetyczny spektrometru SFERA. Od 2006 r. sektor jest prowadzony przez dr inż. Henryka Malinowskiego. Mimo, że prace wykonane przez naukowców z sektora NIKO skupiają się na aplikacjach w fizyce jądrowej, to doświadczenia przekazane w trakcie budowy jego systemów okazały się cenne, nie tylko w innych dziedzinach nauki (chemia, medycyna), ale także w przemyśle (energetyka, ekologia, górnictwo i inne). Znaczną część tego procesu wdrażania nowych technologii do przemysłu, zrealizowali polscy naukowcy. Poniżej prezentowane są wybrane projekty zrealizowane przez polskich pracowników z LFWE JINR.
EN
JINR is a unique research facility where fundamental research in the field of elementary particles, nuclear physics and condensed matter is conducted. Key role is played by particle accelerator NUKLOTRON, which is currently modernized in order to enable measurements in the range of middle energies (project NICA). What is distinctive about JINR is that most of its facilities and instruments have been designed and made on-site by scientists from the Institute. One of Nuklotron’s main components - accelerator’s superconducting magnetic system has been designed in NIKO sector. It is here where projects of other superconducting and cryogenic devices have been prepared. NIKO was organized by prof. A.G. Zeldowicz (co-worker of prof. Kapica). Currently the sector is led by dr Henryk Malinowski who has been in charge for 10 years. Although work done by researchers from NIKO sector is focused on applications in nuclear physics, concepts and innovations conveyed in the course of construction of accelerator’s systems have proven valuable not only in other branches of science, but also in industry. Significant part of that implementation process has been done by Polish co-workers (scientists/researchers). Belowe are presented selected projects realized by Polish workers from LFWE JINR.
Elektromagnesy nadprzewodnikowe są urządzeniami, które wytwarzają silne pole magnetyczne przy niewielkich stratach energii. Wykorzystywane są w nowoczesnych urządzeniach takich jak akcelerator cząstek LHC, tomografy MRI, separatory magnetyczne oraz zasobniki energii SMES. Elektromagnesy nadprzewodnikowe projektuje się z małym marginesem bezpieczeństwa ze względu na wysokie koszty nadprzewodnika. Elektromagnes nadprzewodnikowy wymaga specjalnej konstrukcji ze względu na duże siły działające na uzwojenia i karkas oraz konieczność stosowania do jego budowy specjalnych materiałów do pracy w niskich temperaturach. Niewielkie przemieszczanie się uzwojeń w wyniku działania sił podczas pracy powoduje wydzielanie się ciepła i może doprowadzić do quenchu – niekontrolowanego przejścia nadprzewodnika ze stanu nadprzewodzącego do stanu rezystywnego. Awaria elektromagnesu nadprzewodnikowego związana jest z jego długotrwałą i kosztowną naprawą, dlatego nieodzowne jest testowanie elektromagnesów nadprzewodnikowych podczas ich wytwarzania i eksploatacji. W pracy omówiono główne zagadnienia dotyczące budowy elektromagnesów nadprzewodnikowych, chłodzenia i testowania. Przedstawiono urządzenia i aparaturę do przeprowadzenia testów oraz metody i procedury badań elektromagnesów nadprzewodnikowych LTS. W pracy opisano zabezpieczenia elektromagnesów nadprzewodnikowych LTS oraz sposoby ich testowania. Przedstawiono także metody lokalizacji zwarć i usterek oraz badanie i monitorowanie pracy zainstalowanych elektromagnesów nadprzewodnikowych. Przeprowadzono badania elektromagnesu HTS zbudowanego z nadprzewodnika wysokotemperaturowego. Elektromagnesy HTS w ostatnich latach są jeszcze w fazie studiów projektowych i konstrukcyjnych, a ich technologia wymaga intensywnych badań. Opracowanie metody testowania elektromagnesu nadprzewodnikowego HTS oraz programu w środowisku LabView do sterowania urządzeniami wchodzącymi w skład stanowiska testowego, rejestracji i analizy sygnałów, umożliwiło przeprowadzenie badań zgodnie z opracowaną metodą testowania. Wyznaczono parametry elektromagnesu nadprzewodnikowego oraz obszar jego stabilnej pracy w szerokim zakresie temperatur kriogenicznych. Uzyskane wyniki badań stanowią wkład w techniki pomiarowe w temperaturach kriogenicznych, niezbędne podczas projektowania elektromagnesów nadprzewodnikowych.
EN
Superconducting magnets produce high magnetic field with low energy losses. They are used in state-of-the-art devices such as the LHC accelerator, MRI tomography, magnetic separators or SMES devices. The superconducting magnets are designed with low margin due to high costs of the superconductor used. The superconducting magnet requires a special design due to the large forces acting on its coil and bobbin. It also requires special materials to work in low temperatures. A minor movement of the winding, which is as a result of forces during operation, causes a release of heat and may lead to a quench. Failure of the superconducting magnet leads to long and costly repairs, so it is essential to test superconducting magnets during their manufacture process and operation. This paper discusses the main issues concerning the construction of superconducting magnets, their cooling as well as testing. The author presents the tests setup and measurements equipment for SC magnet testing, and testing methods and procedures for LTS superconducting magnets. He presents protection systems of superconducting magnets and testing methods of the protection systems, and also investigates methods to locate faults and defects in superconducting magnets, testing and monitoring of the installed superconducting magnets. The tests of a superconducting HTS magnet made of hightemperature superconductors were performed. The HTS magnets are still in the development stage at this time, and their technology requires intensive research. The development of a method for testing HTS superconducting magnets, together with software written in LabView environment to control devices on the test stand and for data acquisition and signals analysis, enabled the performance of tests in accordance with the elaborated method and determination of parameters of superconducting magnets, as well as the area of its stable operation over a wide range of cryogenic temperatures. The results represent a contribution to the measurement techniques at cryogenic temperatures and to the issue of the protection and stability of the superconducting coils, necessary in the design of superconducting magnets.
3
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The ACT- Automatic Continuity Test of Superconducting Quarupoles has been described in this paper. The device has been build to perform test at room temperature of all electrical circuit and connections inside quadrupole magnet before installation in the LHC tunnel. Superconducting quadrupoles weights 8 tons are used in LHC machine for the beam focusing and defocusing. Quadrupoles in the tunnel are cooled by superfluid helium 1.9 K.
PL
W artykule opisany został automatyczny system do sprawdzania ciągłości obwodów elektromagnesu nadprzewodnikowego - quadrupola. Urządzenie zostało zbudowane w celu wykonania testu wszystkich obwodów i połączeń w elektromagnesie przed jego instalacją w tunelu LHC. Nadprzewodnikowe quadrupole o masie 8 ton służą do ogniskowania wiązki w wielkim zderzaczu cząstek LHC w CERN. Quadrupole w tunelu pracują w temperaturze nadciekłego helu 1,9 K.
4
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Przedstawiono rezultaty przeprowadzonych badań modelowo-konstrukcyjnych elektromagnesów nadprzewodnikowych. Opisano zarówno konstrukcję wykonanych elektromagnesów, technologię procesu nawijania uzwojenia drutem nadprzewodnikowym, jak też przeprowadzone badania eksperymentalne jednorodności rozkładu indukcji magnetycznej oraz charakterystyk prądowo-napięciowych nisko i wysokotemperaturowych drutów nadprzewodnikowych.
EN
The results of the performed constructional and modeling research of the superconducting electromagnets are presented. It is described both the construction of the wounded electromagnets as well as the technology of winding and performed experimental investigations of the magnetic induction homogeneity and current-voltage characteristics of the Iow and high temperature superconducting wires.
5
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
In JINR in Dubna, Russia, a superconducting magnetic system for source of highly charge ions nas been designed and constructed. That system distinguish from other machines of this kind because of its original cooling system, which is realized by a cryocooler. Such a way of cooling caused the need to create new safety system, which would protect the apparatus during loss of superconductivity. This system uses so-called "cold diodes". They enable safe quench of the magnet into resistive state and discharge its energy. In the article construction of magnet and its method of power supply and safety have been considered. Furthermore, some most crucial features of monitoring and control are presented.
PL
Wykonano i pomyślnie przetestowano w JINR w Dubnej nadprzewodnikowy system magnetyczny dla źródła jonów DECRIS-S.C. Nadprzewodnikowe uzwojenia zapewniają indukcję pola magnetycznego na osi źródła do 3T. Umożliwiło to otrzymania intensywnej wiązki wysokonaładowanych jonów, co znacznie rozszerza możliwości jonowego źródła. Kriostatowanie realizowane jest z pomocą kriochłodziarki G-M o mocy 1 W przy temperaturze 4,2 K. Konstrukcja taka umożliwiła uproszczenie układu systemu sterowania i pozwoliła na znaczną redukcję kosztów eksploatacji poprzez eliminację ciekłego helu z układu chłodzenia nadprzewodnikowego elektromagnesu. W artykule opisano konstrukcję oraz system chłodzenia kriogenicznego nadprzewodnikowego systemu magnetycznego.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.