BAMA · Магнитное поле для эксперимента

Сверхпроводящие магниты BAMA

Соленоидные, векторные и разделённые магниты для исследований свойств материалов, низкотемпературных измерений и специализированных установок. Подбор по индукции, однородности поля, рабочему пространству и способу охлаждения.

Отдельный магнитный узел для интеграции в установку или основа комплексной сверхпроводящей системы.

Перейти к типам магнитов

Соленоидный сверхпроводящий магнит BAMA

Соленоидные конфигурации: 3–16 Тл
Векторное управление: 2 или 3 оси
Охлаждение: Гелиевое или сухое

Выбор геометрии поля

Три типа магнитов — разные возможности доступа

Соленоид создаёт поле вдоль своей оси. Векторная система меняет направление поля без механического поворота образца. Разделённая пара катушек освобождает поперечный доступ к рабочей области.

Соленоидные магниты

Одноосное поле для измерений в заданном направлении

Сверхпроводящая обмотка создаёт магнитное поле вдоль оси соленоида. В представленных конфигурациях поле ориентировано вертикально; диаметр холодного отверстия выбирают с учётом держателя образца, вставки и тепловых экранов.

Малоамперная конструкция и высокотемпературные сверхпроводящие токоподводы (ВТСП, HTS) помогают уменьшить теплоприток к холодной части.

Диодная защита обмотки; переключатель режима замкнутого тока — опция.
Гелиевое или сухое охлаждение в зависимости от исполнения.
Скорость развёртки и время выхода на поле согласуются с режимом эксперимента.
Для чувствительных измерений — проработка конструкции с малым остаточным полем.

Конфигурации соленоидных магнитов

Таблица прокручивается по горизонтали на небольшом экране.

Индукция магнитного поля	3 Тл	5 Тл	9 Тл	12 Тл	14 Тл	16 Тл
Охлаждение	Гелиевое / сухое	Гелиевое / сухое	Гелиевое / сухое	Гелиевое / сухое	Гелиевое / сухое	Гелиевое / сухое
Диаметр холодного отверстия, мм	80	100	70/80	70	70	56
Однородность в DSV 10 мм, %	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1
Переключатель режима замкнутого тока	Опция	Опция	Опция	Опция	Опция	Опция

DSV — диаметр сферического объёма, в котором оценивается однородность поля. Холодное отверстие не равно полезному диаметру для образца: вставка и экраны занимают часть пространства. Итоговые допуски и размеры фиксируются в спецификации выбранного исполнения.

Векторные магниты

Управление величиной и направлением поля

Векторные вращающиеся сверхпроводящие магниты BAMA — Конструкция векторного магнита BAMA

Две или три ортогональные системы катушек формируют компоненты магнитного поля. Изменяя ток в каждой оси, можно поворачивать результирующий вектор относительно неподвижного образца и исследовать угловую зависимость его свойств.

Вертикальное и горизонтальное направления поля.
Оптический доступ параллельно или перпендикулярно полю — по конфигурации.
Диодная защита и опциональный переключатель режима замкнутого тока.
Интегрированные ВТСП-токоподводы.
Исполнение для сверхвысокого вакуума (UHV) — под требования установки.

Конфигурации трёхосных векторных магнитов

Z, Тл	X, Тл	Y, Тл	Отверстие по оси Z, мм
9	2	2	90
6	2	2	60
6	1	1	80–90
3	3	3	94
3	1,5	1,5	96
3	1	1	120
2	1	1	200

Значения приведены по отдельным осям. Возможность одновременной работы при максимальных компонентах, допустимая траектория вращения и скорость изменения поля определяются рабочей диаграммой конкретного магнита.

Разделённые парные магниты

Свободный доступ к образцу между катушками

Разделенные парные сверхпроводящие магниты BAMA — Разделённые сверхпроводящие магниты BAMA

Катушки split-pair расположены по разные стороны рабочей области. Зазор между ними позволяет организовать поперечные измерительные каналы, провести оптический луч или разместить экспериментальную оснастку.

Вертикальная или горизонтальная ориентация поля.
Оптический доступ параллельно и перпендикулярно полю — по задаче.
Асимметричная конфигурация катушек для специальных требований.
ВТСП-токоподводы, диодная защита и опциональный режим замкнутого тока.
Вакуумная совместимость, однородность и развёртка поля согласуются с геометрией доступа.

Пример исполнения: split-pair 8 Тл

Параметр	Значение
Индукция в центре	8 Тл
Диаметр вертикального отверстия	72 мм
Диаметр горизонтального отверстия	35 мм
Внешний диаметр рабочей части	398 мм
Высота без холодной головки	420 мм
Охлаждение	Криорефрижератор GM
Масса	320 кг

Параметры относятся к конкретному исполнению 8 Тл. Для другой индукции, зазора между катушками или геометрии каналов требуется отдельный подбор.

Криогенная часть

Охлаждение и режим удержания поля

Магниту требуется поддержание рабочей температуры. Способ охлаждения влияет на эксплуатацию, вибрации, доступ к образцу и требования к инфраструктуре.

Гелиевое охлаждение

Обмотка охлаждается жидким гелием. При выборе учитывают объём ванны, доступность криогенной инфраструктуры, теплопритоки и регламент работы с гелием.

Сухое охлаждение

Тепло от обмотки отводится к криорефрижератору через теплопроводящие связи. Для установки согласуют компрессор, отвод тепла, электропитание и допустимый уровень вибраций.

Режим замкнутого тока

Опциональный сверхпроводящий переключатель замыкает ток в контуре магнита после набора поля. Допустимый дрейф поля и последовательность переключения задаются спецификацией.

Для длительных измерений важны не только индукция и однородность, но и стабильность температуры, дрейф поля, вибрации и влияние токоподводов. Криогенное оборудование подбирают совместно с магнитом.

Подбор под эксперимент

Какие параметры указать в техническом задании

Начните с требуемого поля и геометрии образца. Для интеграции в действующий стенд приложите чертёж посадочных мест, сведения о криостате и используемом измерительном оборудовании.

Параметр	Что требуется определить
Магнитное поле	Рабочая индукция, полярность, ориентация поля; для векторной системы — компоненты по осям и траектории вращения.
Рабочий объём	Размеры образца, держателя и вставки; холодное или тёплое отверстие, зазоры и расположение измерительных каналов.
Качество поля	Однородность в заданном DSV, допустимый дрейф во времени и остаточное поле после размагничивания.
Развёртка	Диапазон и скорость изменения поля, частота циклов, время выдержки и необходимость режима замкнутого тока.
Температура и вакуум	Температура образца, способ охлаждения обмотки, допустимые теплопритоки, требования к вакуумной совместимости.
Доступ к образцу	Оптические окна, поперечные порты, электрические вводы, ввод механической оснастки и доступ для смены образца.
Инфраструктура	Габариты и масса, электропитание, охлаждение компрессора, требования к вибрациям и внешнему магнитному полю.
Управление и защита	Источники тока, мониторинг температуры и напряжений, блокировки, протоколы связи и сценарий аварийного сброса энергии.

Согласование защиты и размещения

Для выбранной обмотки согласуют систему обнаружения перехода в нормальное состояние (quench), схему вывода запасённой энергии и блокировки. Диодная защита является частью решения; её состав зависит от индуктивности, тока и режима работы.

Границы внешнего поля

При компоновке установки учитывают карту рассеянного поля, соседние приборы, ферромагнитные конструкции и доступ персонала. Магнитное экранирование и требования к размещению определяют на этапе проектирования.

Области применения

Магнитный узел для исследовательской установки

Физика и материаловедение

Измерения магнитных, транспортных и сверхпроводящих свойств материалов в заданном поле и при низкой температуре.

Угловые и квантовые измерения

Исследование анизотропии образца с управлением компонентами поля без его механического поворота.

Оптические эксперименты

Магнитооптика и спектроскопия с доступом к образцу через окна и каналы разделённого или векторного магнита.

Лабораторные измерительные комплексы

Интеграция магнита с криостатом, вставкой образца, измерительной электроникой и системой управления экспериментом.

Промышленные испытательные стенды

Специализированные стенды для проверки материалов и компонентов в магнитном поле; геометрия и цикл задаются техническим заданием.

Медицинские исследовательские проекты

Разработка специализированных магнитных узлов. Параметры, назначение и требования к применению в составе медицинской системы согласуются отдельно.

Инженерная проработка

От магнитного узла к согласованной системе

Комплектация зависит от границ поставки: отдельный магнит интегрируется в существующий стенд, а готовый комплекс включает согласованные криогенные и электрические узлы.

Уточнение требований
Определение конфигурации поля, размеров, охлаждения и режима измерений. При необходимости — проектная и конструкторская проработка.
Согласование комплектации
Проверка совместимости с криостатом, токоподводами, источниками питания, защитой и управляющей электроникой. Подбор комплектующих BAMA.
Предложение и сопровождение
Согласование технической спецификации, условий поставки, пусконаладки и обслуживания. Оплата и доставка — по согласованным условиям.

Вопросы по оборудованию

Что учесть при выборе магнита

Чем соленоид отличается от векторного магнита?

Соленоид формирует поле преимущественно вдоль одной оси. Векторный магнит содержит две или три ортогональные системы катушек: их токи управляются раздельно, что позволяет менять направление результирующего поля.

Нужен ли жидкий гелий для работы?

Это зависит от исполнения. В гелиевой системе обмотка охлаждается жидким гелием, а в сухой — криорефрижератором через теплопроводящие связи. Способ охлаждения выбирают вместе с требованиями к температуре, вибрациям и инфраструктуре.

Можно ли одновременно задать максимальное поле по всем осям?

Допустимые сочетания компонент определяются рабочей диаграммой магнита. Значения X, Y и Z в таблице нельзя автоматически считать разрешёнными одновременно: при подборе согласуют траекторию вращения и ограничения по токам.

Что означает однородность в DSV?

DSV — диаметр сферического объёма, в пределах которого оценивают распределение поля. Значение однородности имеет смысл только вместе с размером этого объёма и методикой оценки. Для соленоидных конфигураций указан DSV 10 мм.

Почему важен тип рабочего отверстия?

Холодное отверстие находится в криогенной области. Тёплое отверстие изолировано от неё и предназначено для доступа при комнатной температуре. Полезное пространство уменьшается после установки держателя, экранов и измерительной вставки.

Что входит в поставку?

Состав определяется спецификацией: магнит, токоподводы, криостат, охлаждение, источники питания, защита и управление могут поставляться отдельными узлами или согласованным комплексом. Для предложения укажите, какие части стенда уже есть.

Подберём магнит под вашу установку

Укажите требуемое поле, размеры образца, рабочее отверстие, способ охлаждения и режим измерений. Инженер уточнит параметры, согласует комплектацию и подготовит коммерческое предложение.

Контакты