Czasopismo | PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY | Rocznik 2024 - zeszyt 3

60 T pulsed magnetic field in Bitter magnet made of tungsten and coiled by liquid helium

Impulsowe pole magnetyczne 60 T w magnesie Bittera chłodzonym ciekłym helem

10.15199/48.2024.03.43

Stanisław BEDNAREK

nr katalogowy: 147765
10.15199/48.2024.03.43

Streszczenie

W artykule przedstawiono budowę magnesu Bittera przeznaczonego do wytwarzania silnych impulsowych pól magnetycznych i układu jego zasilania. Magnes składał się z pakietu płyt wykonanych z wolframu i był chłodzony ciekłym helem. Wykorzystano unikalną właściwość, polegającą na tym, że wolfram w temperaturze kilku stopni Kelvina nie przechodzi w stan nadprzewodnictwa, ale wykazuje niezwykle niską rezystywność rzędu 10-13 m. Dlatego taki magnes wymaga bardzo małej mocy zasilania i nie ma ograniczenia wartości indukcji przez pole krytyczne. Opisano działanie tego układu i sposób pomiaru indukcji wytworzonego pola magnetycznego. Osiągnięto impulsy o maksymalnej indukcji 60 T i czasie trwania 2 µs.

Abstract

This paper describes the construction of a Bitter magnet intended for generating high pulsed magnetic fields, along with its corresponding power supply system. The magnet was constructed using a tungsten plate stack and was cooled with liquid helium. This design capitalized on the distinctive characteristic of tungsten, which does not transition into a superconducting state at temperatures within a few Kelvin, while simultaneously exhibiting an exceptionally low resistivity on the order of 10-13 m. Therefore, this magnet necessitates a significantly low-power supply and is not constrained by the critical field when it comes to the induction value. The functioning of this system, along with the technique employed for measuring the induction of the resulting magnetic field, is elucidated. This setup successfully achieved pulses with a maximum induction of 60 T and a duration of 2 µs. (Impulsowe pole magnetyczne o indukcji 60 T w magnesie Bittera wykonanym z wolframu i chłodzonym ciekłym helem

Słowa kluczowe

Keywords

Bibliografia

[1] Duncan R.C., Thompson Ch., Formation of very strongly magnetized neutron stars: Implications for gamma-ray bursts, Astrophysical Journal Letters, 392 (1992), 1, L9-L13
[2] Treumann R.A., Baumjohann W., Balogh A., The strongest magnetic fields in the universe: how strong can they become?, Frontiers in Physics, 2, (2014), 1-4, doi: 103389/fphy. 2014.00059
[3] Kuwahata A., Kitaizumi T, Saichi K., Sato T., Igarashi R., Ohshima T., Masuyama Y., Iwasaki T., Hatano M., Jelezko F., Kusakabe M., Yatsui T., Sekino M., Magnetometer with nitrogenvacancy center in a bulk diamond for detecting magnetic nanoparticles in biomedical applications, Scientific Reports, 10 (2020), p. 2483-2492, doi.org/10. 1038/s41598- 020-59064-6
[4] Hong-Chang Y., SQUID: The most sensitive detector of magnetic flux, Tamkang Journal of Science and Engineering, 6 (2003), 1, p. 9-18
[5] Kominis I.K., Kornack T.W., Allred J.C., Romalis M.V., A subfemtotesla multichannel atomic magnetometr, Nature, 422, (2003), p. 596–599
[6] Grifth W.C., Knappe S., Kitching, K., ll. Optical. Express, 18, (2010), p. 27167–27172
[7] Wu Chao A., Mess K.H., Tinger M., Zimermann F., Handbook of Accelerators Physics and Engineering, World Scientifics (2013)
[8] Truck B., Tore supra: A tokamak with superconducting toroidal field coils, IEEE Transaction on Maggnetism, 25 (1989), p. 1473-1480
[9] N’gotta P., Le Beck G, Chavanne J., Hybryd high gradient permanent magnet quadrupole, Physical Review of Accelerator Beams, 19 (2016), p. 122-124
[10] Klitzing K., Quantum Hall Effect: Discovery and Application, Annual Review of Condensed Matter Physics, 8, (2017), p. 13- 20, doi.org/10.1146/annurev-conmatphys-031016-025148
[11] Motokawa M., Watanabe K., Awaji S., High magnetic field research in Tohoku University, Current Applied Physics, 3 (2003), p. 367-376
[12] Lubkin G.B., Florida dedicated National High Magnetic Field Laboratory, Physics Today, 12 (1994), p. 21-23
[13] Herlach J.F., Miura N. (Editors), High Magnetic Fields Science and Technology, Vol. 2, Theory and Experiments I, World Scientific (2003)
[14] Nakamura D., Record indoor magnetic field of 1200 T generated by electromagnetic flux-compression, Review of Scientific Instruments, 89 (2018), 9, p. 095106, doi: 10.1063/ 1.5044557
[15] Nojiri H., Takamasu T., Todo S., Uchida K., Haryama T., Katori H.A., Goto T., Miura N., Genertion of 500 T fields by electromagnetic flux compression and their application to cyclotron resonance, Physica B 201 (1994), p. 579-583
[16] Kane B.E., Dzurak A.S., Facer G.R., Clark R.G., Starrett R.P., Skougarevsky A., Lumpkin N.E., Measurement instrumentation for electrical transport experiments in extreme pulsed magnetic fields generated by flux compression, Review of Scientific Instruments, 69 (1997), 10, p. 3843-3860
[17] Knoepfel H., Pulsed High Magnetic Fields, Physical Effects and Generation Methods Concerning Pulsed Fields up to the Megaersted Level, Nord-Holland Publishing Company, (1970)
[18] Ding H., Yuan Y., Xu Y., Jiang C., Li L., Duan X., Pan, J. Hu J., Testing and Commissioning of a 135 MW Pulsed Power Supply at the Wuhan National High Magnetic Field Center, IEEE Transaction on Applied Superconductivity, 24 (2014), p. 3, doi:10.1109/TASC.2013.2292305
[19] Cyrot M., Pavuna D., Introduction to Superconductivity and High Tc Materials, World Scientific Publishing Co. (1992)
[20] Motokawa M., Nojiri H., Tokunaga Y., An idea for the easy construction of a high field magnet, Physica B, 155 (1989), p. 96-99
[21] Peng T., Jiang F., Sun Q.Q., Pan Y., Herlach F., Li L., Concept Design of 100 T Pulsed Magnet at the Wuhan National High Magnetic Field Center, IEEE Transaction on Applied Superconductivity, 26, (2014), p. 4, doi: 10.1109/ TASC.2015.2523366
[22] Back C.H., Siegmann H.C., Ultrashort magnetic field pulses and elementary process of magnetization reversal, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 200 (1999), p. 774-785
[23] Siegmann H.C., Magnetism in the picosecond time scale with electron accelerators, Europhys. News, 31 (2000), 6, p. 24-25
[24] Mackay K., Bonfim M., Givord D., Fontaine A., 50 T pulsed magnetic fields in microcoil, Journal of Applied Physics, 87, (2000), 4, p. 1996-2002
[25] Desai E., Electrical resistivity of tungsten, Journal of. Physical Chemi stry, References. Data, 13 (1984), 4, p. 1091-1096
[26] Haynes W.M., (Editor in Chief), CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Taylor and Francis Group (2017)
[27] Bitter F., The design of powerful electromagnet, Part. II. The magnetizing coil, Review of Scientific Instruments, 7 (1936), 482-489
[28] Herlach J.F., Miura N., (Editors), High Magnetic Fields Science and Technology, Vol. 1, Magnet Technology and Experimental Technique, World Scientific, (2003)

Jeśli masz wykupiony/przyznany dostęp - zaloguj się. Skorzystaj z naszych propozycji zakupu!

Publikacja


PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY- e-publikacja (pdf) z zeszytu 2024-3 , nr katalogowy 147765 licencja: Osobista Produkt cyfrowy Nowość	10.00 zł

Zeszyt


PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY- e-zeszyt (pdf) 2024-3 licencja: Osobista Produkt cyfrowy Nowość	85.00 zł

Prenumerata

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - prenumerata cyfrowa
licencja: Osobista

Produkt cyfrowy
Nowość

762.00 zł

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - PAKIET prenumerata PLUS
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - PAKIET prenumerata PLUS (Prenumerata papierowa + dostęp do portalu sigma-not.pl + e-prenumerata)	1002.00 zł brutto 927.78 zł netto 74.22 zł VAT (stawka VAT 8%)

1002.00 zł

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - papierowa prenumerata roczna + wysyłka
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - papierowa prenumerata roczna	960.00 zł brutto 888.89 zł netto 71.11 zł VAT (stawka VAT 8%)
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - pakowanie i wysyłka	42.00 zł brutto 34.15 zł netto 7.85 zł VAT (stawka VAT 23%)

1002.00 zł

Zeszyt

2024-3

Twój Koszyk

Publikacja

Zeszyt

Prenumerata

Zeszyt

Czasopisma