Как я могу поместить постоянный ток в сверхпроводящую петлю?

На самом деле индукция работает, хотя часто используется несколько иначе, чем вы описали. Вы можете поместить петлю теплого сверхпроводника в обычную катушку. Когда вы включаете катушку, внутри сверхпроводника будет некоторый ток, но поскольку он еще не остыл, этот ток быстро затухает. Затем вы охлаждаете сверхпроводник ниже его критической температуры. Когда вы теперь отключите обычную катушку, изменение потока индуцирует ток в сверхпроводящем контуре. Этот поток останется.

С правильными обмотками катушек вы можете получить довольно большие токи, но вы не сможете получить энергии поля, которые необходимы в машинах ЯМР или МРТ. Эти магниты питаются (иногда их называют «заряженными») по-разному. Хитрость заключается в том, чтобы сделать часть петли нормальной проводящей во время зарядки, а затем «закрыть петлю», когда катушка находится под напряжением.

Если вы хотите узнать подробности, вот электрическая схема того, как это делается:

Я использовал значения от типичного магнита ЯМР 5 Тесла, который я активировал несколько лет назад.

Я опущу все эти надоедливые детали, которые усложняют зарядку настоящего сверхпроводящего магнита. Процедура сводится к следующему:

1. Начните с источника тока и источника напряжения$V_1$в выключенном состоянии. Охладите криостат до тех пор, пока сверхпроводящие (sc) провода не окажутся ниже их критической температуры. В большинстве магнитов используется NbTi, критическая температура которого составляет 9 Кельвинов. Вы можете достичь этой температуры, погрузив катушки в жидкий гелий, который кипит при температуре 4 Кельвина.
2. Включите подачу напряжения$V_1$. Это посылает небольшой ток через$R_1$, создавая небольшое количество тепла (10 мВт). Часть этого тепла будет нагревать соседний провод sc так, что он станет нормально проводящим (nc), что означает, что он будет иметь сопротивление в несколько Ом в этой конкретной точке. Назовем эту часть «точкой нагрева».
3. Набрать максимальный ток, который может принять катушка (30 А) в источник тока и установить его ограничение по напряжению не более$V_\text{charge} = 1\,\text{V}$; затем включите его. (Примечание: низкий предел напряжения фактически делает источник тока источником напряжения во время линейного увеличения.) Зарядное напряжение подается на катушку и «точку нагрева». Это приводит к двум эффектам:
   • постоянный ток $$I_\text{heated point} = \frac{V_\text{charge}}{R_\text{heated point}} \approx 200\,\text{mA}$$ будет протекать через «нагретую точку» и продолжает нагревать ее. В этот момент внешний нагреватель можно отключить, установив$V_1$до 0.
   • Ток в катушке будет нарастать со скоростью $$\frac{dI_\text{coil}}{dt} = \frac{V_\text{charge}}{L} \approx 5\,\text{mA/s}\,$$ потому что собственная индуктивность катушки «толкает» изменение тока.
4. Через 100 минут источник тока будет на 30 А. Поскольку ток больше не меняется, единственное напряжение, которое необходимо приложить к источнику тока, — это то небольшое количество, которое требуется, чтобы протолкнуть 30 А через нормально проводящую (nc) часть провода. Падение напряжения на катушке и на нагреваемой точке теперь равно 0. Весь ток течет от источника тока через катушку, а затем обратно к источнику тока.
5. Поскольку через «точку нагрева» больше не проходит ток, эта часть провода больше не нагревается. Когда его температура падает до температуры криостата, он быстро (в течение секунд) снова становится сверхпроводящим.
6. Уменьшите (не слишком быстро, может быть, в течение нескольких минут, просто на всякий случай) ток источника тока. Катушка теперь является частью сверхпроводящего контура, поэтому ее ток останется постоянным! Ток, который больше не проходит через источник тока, просто проходит через (ранее нагретый) обратный путь сверхпроводника.

Когда петля замкнута, магнит теперь находится в «постоянном» режиме, поэтому ток продолжается вечно. Ну, не совсем навсегда, обычно есть небольшое сопротивление, которое приводит к «расползанию потока». Для магнита, который я использую, это необычно низкое значение$10^{-11}$Ом , что приводит к распаду тока с постоянной времени в несколько 100 000 лет. Разработчик магнита предполагает, что это сопротивление вызвано сваркой, необходимой для превращения проволоки в петлю (см. ссылку выше, ближе к концу статьи). Другие причины, которые часто приводят для этого эффекта, включают детали, характерные для сверхпроводников II типа.