Імпульсна котушка
Використання: в області сильних імпульсних магнітних систем, що використовуються у фізиці твердого тіла та високих енергій. Технічний результат полягає у збільшенні терміну служби за рахунок виготовлення котушки з легкоплавкого металу. Котушка містить металевий циліндр легкоплавного матеріалу, що знаходиться у формі з немагнітного пластичного матеріалу, розташованої в посудині. Робота пропонованого пристрою відбувається в такий спосіб. Через штуцер у посудину впускається холодоагент. Під дією низької температури рідкий метал циліндра твердне згідно з формою, тим самим виходить циліндр. За допомогою струмопровідних шин від імпульсного генератора через фланці в циліндр подається імпульсний струм, що створює необхідне магнітне поле. Якщо після імпульсу струму в циліндрі утворилися тріщини, холодоагент через випускний штуцер випускається з посудини. В результаті метал циліндра перетворюється на рідкий стан. Далі проводиться впуск холодоагенту в посудину, метал твердне і циліндр готовий до чергового імпульсу струму. 1 іл.
Винахід відноситься до електрофізики, а більш конкретно до галузі сильних імпульсних магнітних систем, що використовуються у фізиці твердого тіла та фізиці високих енергій.
Відомі імпульсні котушки (Ф. Херлах. Сильні та надсильні магнітні поля та їх застосування. - М.: Світ, 1988. - С. 330-331), які являють собою котушки, намотані прямокутним проводом, з просоченням епоксидною смолою. Зовні котушка закріплена циліндром зі сталі або зі склопластику. Основним недоліком цих котушок є значна величина власної індуктивності котушки, що обмежує початкову швидкість наростання магнітного поля та збільшує час наростання імпульсу струму в котушці. При великих напругах живлення (наприклад, в установках подослідженню високотемпературної плазми напруги, що досягають 100-150 кВ) виникають ускладнення, пов'язані із забезпеченням міжвіткової ізоляції.
Зазначених недоліків позбавлена імпульсна котушка (В.С. Камельков. Техніка великих імпульсних струмів та магнітних полів. - М.: Атоміздат, 1970. - С. 440-441), виконана у вигляді одновіткового соленоїда, обрана як прототип.
Котушка виготовлена з цілого шматка металу (наприклад, маловуглецевої сталі, міді або берилієвої бронзи), завдяки чому вдається уникнути ослаблення в місці підведення струму. Конструктивно котушка представляє товстостінний циліндр із щілиною по бічній поверхні. Краї циліндра (по щілині) закінчуються фланцями, в яких виконані отвори для кріплення струмопідвідних шин. Зовні циліндр стягнутий бандажом із дельта-деревини.
Основним недоліком прототипу є малий термін служби, наприклад, при збільшенні амплітуди індукції магнітного поля, що одержується, до 28 Т руйнування котушки з маловуглецевої сталі (товщина стінки 5 мм) відбувається вже на другому імпульсі.
Зазначене завдання досягається тим, що в імпульсній котушці, що містить металевий циліндр зі щілиною по бічній поверхні, краї якого (по щілині) закінчуються фланцями для струмопровідних шин, металевий циліндр виконаний з легкоплавкого металу (наприклад, ртуті або галію) і забезпечений формою з немагнітного пластичного матеріалу (наприклад, з фторопласту), розташованої в посудині, який має штуцери для впуску та випуску холодоагенту (наприклад, рідкого азоту).
Порівняльний аналіз із прототипом показує, що імпульсна котушка відрізняється: 1) виконанням металевого циліндра з легкоплавкого металу; 2) використанням форми з немагнітного пластичного матеріалу; 3) наявністю посудини зі штуцерами длявпуску та випуску холодоагенту.
Зазначені відмінності дозволяють збільшити термін служби через можливість відновлення руйнувань, викликаних протіканням струму через котушку, шляхом розплавлення металу, з якого виконаний циліндр, з наступним заморожуванням.
Таким чином, пристрій відповідає критерію "новизна". Зазначена новизна заявляється пристрою досліджена за його суттєвими ознаками на відповідність критерію "винахідницький рівень", при цьому були прийняті до уваги джерела інформації в даній та споріднених галузях техніки, а також ті умови, що всі суттєві ознаки винаходу знаходяться в єдиному логічному взаємозв'язку та спрямовані в сукупності для досягнення єдиного результату.
Так, у джерелі (Патент N 2082654, МПК 6 В 64 G 1/64. Стикувальний пристрій космічних апаратів / Гамаюнов А. В. , Кім К.К., Нефєдов А.В. (Україна). - Опубл. 27.06.97 Бюлер N 18) використовується легкоплавкий метал, що знаходиться в стикувальній склянці одного космічного апарату, для жорсткої фіксації стрілоподібного штиря іншого апарату, що стикується. Очевидно, що даний пристрій за своєю конструкцією, виконуваним функціям і досягнутим результатам не еквівалентно заявляється пристрою. Це дозволяє укласти, що заявляється імпульсна котушка має новизну і відповідає критерію "винахідницький рівень".
Пропонований пристрій показано на кресленні.
Металевий циліндр 1, виконаний з легкоплавкого металу (наприклад, ртуті або галію), має щілину 2 на бічній поверхні. Краї циліндра 1 (по щілині) закінчуються фланцями 3, які входять струмопровідні шини 4. Стрілками з позначенням I показано напрям струму. Циліндр 1 знаходиться у формі 5, яка виготовлена з пластичного немагнітного матеріалу(наприклад, фторопласту), і являє собою посудину для рідкого металу. Форма 5 з циліндром 1 поміщені в посудину 6, який виконаний з немагнітного матеріалу (наприклад, скла) і забезпечений штуцерами для впуску 7 і 8 випуску хладагента, наприклад рідкого азоту, аргону або двоокису вуглецю. Посудина 6 може виконуватися із замкнутою порожниною, тоді він забезпечується стравлюючим клапаном (не показаний) або з відкритою порожниною.
Робота пропонованого пристрою відбувається в такий спосіб. У фланці 3 опускаються струмопідвідні шини 4 (метал, що знаходиться у формі 5, перебуває в рідкому стані). Через штуцер 7 посудину 6 впускається холодоагент (якщо це рідкий азот, то температурою мінус 195,8 o C, якщо аргон - мінус 185,7 o C, якщо двоокис вуглецю - мінус 78,55 o C). Під дією низької температури рідкий метал твердне відповідно до форми 5, тим самим виходить циліндр 1 (температура плавлення для ртуті -38,84 o C; для галію - -29,78 o C). За допомогою струмопровідних шин від імпульсного генератора (не показані) через фланці 3 циліндр 1 заводиться імпульсний струм (I), який створює необхідне магнітне поле. Якщо після імпульсу струму в циліндрі 1 утворилися тріщини (у разі виконання посудини 6 зі скла пошкодження циліндра виявляються візуально; якщо посудина виготовлена з непрозорого матеріалу, виявлення руйнування циліндра 1 визначається засобами магнітної дефектоскопії), холодоагент через випускний штуцер 6 випускається з в навколишнє простір, або систему зберігання і зрідження холодоагенту), в результаті чого метал циліндра 1 переходить в рідкий стан. Далі проводиться впуск холодоагенту в посудину 6, метал твердне і циліндр готовий 1 до чергового імпульсу струму.
Як можна помітити, порівняно з прототипом в пристрої, що заявляється черезвикористання легкоплавкого металу з'являється можливість швидкого відновлення зруйнованої котушки та її багаторазового використання, що значно збільшує термін служби останньої.
Імпульсна котушка, що містить металевий циліндр із щілиною по бічній поверхні, краї якого по щілини закінчуються фланцями для струмопровідних шин, відрізняється тим, що металевий циліндр виконаний з легкоплавкого металу і знаходиться у формі з немагнітного пластичного матеріалу, розташованої в посудині, що має штуцери для впуску та випуску холодоагенту.