DE69528509T2

DE69528509T2 - Stromzuleitung von supraleitender Keramik

Info

Publication number: DE69528509T2
Application number: DE69528509T
Authority: DE
Inventors: Robert Adolph Ackermann; Kenneth Gordon Herd; Evangelos Trifon Laskaris; Kenneth Wilbur Lay; Richard Andrew Ranze; John Eric Tkaczyk
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1994-10-27
Filing date: 1995-07-13
Publication date: 2003-06-26
Anticipated expiration: 2015-07-14
Also published as: US5691679A; EP0709618A3; DE69528509D1; EP0709618B1; JPH08185726A; JP3590150B2; EP0709618A2

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine supraleitfähige Leitereinrichtung für eine supraleitfähige Vorrichtung, die durch einen Kryokühler-Kaltkopf gekühlt ist, und insbesondere auf eine solche Einrichtung, die gegen Feuchtigkeit und Bruch widerstandsfähige keramische supraleitfähige Leiter enthält.
Supraleitfähige Vorrichtungen schließen ein, ohne darauf beschränkt zu sein, supraleitfähige magnetische Energiespeichervorrichtungen, supraleitfähige Rotoren und supraleitfähige Magneten. Zu den supraleitfähigen Magneten zählen solche mit keramischen supraleitfähigen Leitern, welche die elektrische Energie an die supraleitfähigen Spulen liefern, die ihrerseits gleichförmige und hohe Feldstärke aufweisende Magnetfelder erzeugen. Zu den supraleitfähigen Magneten zählen solche, wie sie in den auf dem Gebiet der medizinischen Diagnose eingesetzten Bildgebungssytemen mittels Magnetresonanz (MRT) benutzt werden. Bekannte Techniken zum Kühlen eines supraleitfähigen Magneten enthalten solche Techniken, bei denen die supraleitfähige Spule durch Voll- bzw. Massiv(wärme)leitung mittels eines Kryokühler-Kaltkopfes gekühlt wird.
Zu den bekannten keramischen supraleitfähigen Leitern zählen supraleitfähige Leiter aus DBCO(Dysprosium Barium Kupfer Oxid), YBCO (Yttrium Barium Kupfer Oxid) und BSCCO (Wismut Strontium Kalzium Kupfer Oxid), die ein erstes Ende aufweisen und flexibel, dielektrisch sowie thermisch verbunden sind mit der ersten Stufe des Kryokühler-Kaltkopfes (bei einer Temperatur von im allgemeinen 40 Kelvin), und die ein zweites Ende aufweisen, das flexibel, dielektrisch und thermisch verbunden ist mit der zweiten Stufe des Kryokühler-Kaltkopfes (bei einer Temperatur von im allgemeinen 10 Kelvin). Eine derartige supraleitfähige Leitereinrichtung ist beschrieben in WO93/21646.
Bei der Handhabung von supraleitfähigen Leitern muß große Sorgfalt angewendet werden, weil diese spröde sind und leicht zerbrechen, zum Beispiel während der Montage der Leiter sowie während der Installation der Leiter in dem Magneten. Weiterhin muß große Sorgfalt darauf verwendet werden, daß man keramische supraleitfähige Leiter nicht der Feuchtigkeit aussetzt, bevor sie in die Vakuumumgebung eines arbeitenden supraleitenden Magneten installiert werden, da die keramischen supraleitfähigen Leiter wechselseitig mit der Feuchtigkeit aufeinander einwirken und dabei chemische Veränderungen durchmachen, welche ihre Eigenschaften für die supraleitfähige Stromleitung herabsetzen. Hinzu kommt, daß in eine supraleitfähige Vorrichtung eingebaute supraleitfähige Leiter manchmal Stoß- und Vibrations- bzw. Schwingungskräften unterworfen werden, die zu einem Bruch führen können. Zum Beispiel sind die supraleitfähigen Leiter in einem MRI Magneten empfänglich für Stoß- und Vibrationskräfte, während der Magnet im Rahmen einer Minensucharbeitsweise in Gebrauch ist. Bekannte keramische supraleitfähige Leitereinrichtungen bieten keinen Schutz gegen Bruch aufgrund der Handhabung des Leiters oder aufgrund von Stoß- und Vibrationskräften, wie sie während des Transports sowie der Installation der die Leitereinrichtungen enthaltenden supraleitfähigen Vorrichtung erfahren werden, und die bekannten keramischen supraleitfähigen Leitereinrichtungen bieten keinen Schutz gegen einen Feuchtigkeitsschaden. Was gebraucht wird, ist eine supraleitfähige Leitereinrichtung für eine supraleitfähige, von einem Kryokühler-Kaltkopf gekühlte Vorrichtung, bei der die keramischen supraleitfähigen heiter gegen Feuchtigkeit und Bruch geschützt sind.
Die vorliegende Erfindung stellt sich dar, wie sie in den Ansprüchen beansprucht ist. Ausführungsformen der Erfindung sehen eine supraleitfähige Leitereinrichtung für einen von einem Kryokühler gekühlten supraleitfähigen Magnet vor, in der die keramischen supraleitfähigen Leiter gegen Feuchtigkeit und Bruch geschützt sind.
Die supraleitfähige Leitereinrichtung nach der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen für eine supraleitfähige Vorrichtung, die durch einen Kryokühler-Kaltkopf mit einer ersten Stufe und mit einer zweiten Stufe gekühlt wird. Die supraleitfähige Leitereinrichtung enthält einen ersten keramischen supraleitfähigen Leiter und eine erste glasfaserverstärkte Epoxid- Leiterumwicklung. Der erste keramische supraleitfähige Leiter weist ein erstes Ende auf, das flexibel, dielektrisch und thermisch mit der ersten Stufe des Kryokühler-Kaltkopfes verbindbar ist, sowie ein zweites Ende, das flexibel, dielektrisch und thermisch mit der zweiten Stufe des Kryokühler- Kaltkopfes verbindbar ist. Die erste glasfaserverstärkte Epoxid-Leiterumwicklung steht in einem im allgemeinen umgebenden Kontakt mit und ist befestigt an dem ersten keramischen supraleitfähigen Leiter. Die erste glasfaserverstärkte Epoxid- Leiterumwicklung weist einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf, der im allgemeinen gleich demjenigen des ersten keramischen supraleitfähigen Leiters ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die supraleitfähige Leitereinrichtung weiterhin eine Hülle (zum Beispiel eine Hülle aus Polystyrolschaum) sowie ein festes Stützrohr (zum Beispiel ein Stützrohr aus rostfreiem Stahl). Die Hülle weist einen thermischen (Wärme-)Leitungskoeffizienten auf, welcher denjenigen von dem glasfaserverstärkten Epoxid bei einer Temperatur von im allgemeinen 50 Kelvin im allgemeinen nicht überschreitet, und das feste Stützrohr weist einen thermischen Leitungskoeffizienten auf, der denjenigen von rostfreiem Stahl bei einer Temperatur von 50 Kelvin im allgemeinen nicht überschreitet. Die Hülle steht in einem im allgemeinen umgebenden Druckkontakt mit der ersten mittels Glasfasern verstärkten Epoxid-Leiterumwicklung. Das feste Stützrohr umgibt im allgemeinen die Hülle, weist ein erstes von der ersten Stufe des Kryokühler-Kaltkopfes getrenntes Ende auf und besitzt ein zweites Ende, das thermisch mit der zweiten Stufe des Kryokühler-Kaltkopfes verbindbar ist.
Mehrere Nutzengesichtspunkte und Vorteile lassen sich aus der Erfindung herleiten. Die erste glasfaserverstärkte Epoxid- Leiterumwicklung schützt den ersten keramischen supraleitfähigen Leiter vor Feuchtigkeit und bietet eine feste bzw. starre Verkleidung bzw. Ummantelung für den ersten keramischen supraleitfähigen Leiter, womit er ihn dabei gegen einen Bruch bei der Handhabung schützt. Die umgebende Hülle aus Polystyrolschaum und das feste Stützrohr aus rostfreiem Stahl schützen den in die supraleitfähige Vorrichtung eingebauten ersten keramischen supraleitfähigen Leiter vor einem Bruch bei auftretenden Stoß- und Vibrationskräften.
Die beigefügten Zeichnungen veranschaulichen eine bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung. Darin zeigen:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht im Querschnitt von einem Teil eines supraleitfähigen Magneten, der von einem Kryokühler-Kaltkopf gekühlt wird, und der eine bevorzugte Ausführung der supraleitfähigen Leitereinrichtung nach der vorliegenden Erfindung enthält, sowie
Fig. 2 eine vergrößerte schematische Querschnittsdarstellung der supraleitfähigen Leitereinrichtung von Fig. 1.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen durchweg gleiche Elemente repräsentieren, zeigen die Fig. 1 und 2 eine bevorzugte Ausführung der supraleitfähigen Leitereinrichtung 10 nach der vorliegenden Erfindung. Die supraleitfähige Leitereinrichtung 10 ist bestimmt für eine supraleitfähige Vorrichtung 12. Die in Fig. 1 gezeigte supraleitfähige Vorrichtung 12 ist ein supraleitfähiger Magnet 13. Andere supraleitfähige Vorrichtungen schließen ein, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, supraleitfähige Speichervorrichtungen für magnetische Energie sowie supraleitfähige Rotoren.
Der supraleitfähige Magnet 13 enthält vorzugsweise eine sich im allgemeinen in longitudinaler Richtung erstreckende Achse 14 sowie ein im allgemeinen als Zylinderring geformtes Gehäuse 16, das im allgemeinen koaxial mit der Achse 14 ausgerichtet ist. Das Vakuumgehäuse 16 weist einen Teilbereich 18 auf, der die supraleitfähige Leitereinrichtung 10 hermetisch einschließt. Der Magnet 13 enthält weiterhin eine im allgemeinen als Zylinderring geformte thermische Abschirmung 20, die im allgemeinen koaxial zu der Achse 14 ausgerichtet ist und sich innerhalb sowie im Abstand von dem Vakuumgehäuse 16 angeordnet befindet. Die thermische Abschirmung 20 enthält einen Teilbereich 22, der die supraleitfähige Leitereinrichtung 10 thermisch abschirmt. Der Magnet 13 enthält zudem eine im allgemeinen in Solenoidform ausgebildete supraleitfähige Spule 24, die im allgemeinen koaxial zu der Achse 14 ausgerichtet und innerhalb sowie im Abstand von der thermischen Abschirmung 20 angeordnet ist. Die supraleitfähige Spule 24 ist im typischen Fall gewickelt aus einer einzelnen (oder gespleißten) Länge aus supraleitfähigem Draht oder Band (zum Beispiel einem supraleitfähigen Band aus Niob-Zinn) mit ersten und zweiten Enden 26 und 28. Ein Spulen(ab)deckband 30, das typisch aus Aluminium hergestellt ist, wird passgenau über die supraleitfähige Spule 24 aufgeschrumpft. In radialer Richtung orientierte thermische Isolierrohre 32, in typischen Fällen hergestellt aus Graphitkohlenfilamenten, positionieren die thermische Abschirmung 20 in Bezug auf das Vakuumgehäuse 16 und positionieren (über das Spulendeckband 30) die supraleitfähige Spule 24 in Bezug auf die thermische Abschirmung 20. Eine noch sicherere Abstützung für die supraleitfähige Spule besteht darin, (nicht in den Figuren gezeigte) rennbahnartig geformte Ankerspannbänder, die in typischen Fällen aus einfasiger Glasfaser oder Graphitkohle hergestellt sind, zu verwenden, um einen baulichen Ansatz der supraleitfähigen Spule von dem Vakuumgehäuse aus abzustützen. Eine Befestigung, die einen besseren Stoß- und Vibrationsschutz für die supraleitfähige Spule bietet, besteht darin, eine Magnetmulden- Stützeinrichtung zu verwenden.
Der supraleitfähige Magnet 13 wird gekühlt von einem Kryokühler-Kaltkopf 34 (zum Beispiel dem von einem Gifford-McMahon Kryokühler) mit einem im allgemeinen hermetisch (zum Beispiel mittels nicht dargestellter Schrauben) an das Vakuumgehäuse 16 angeschlossenen Gehäuse 36, mit einer ersten Stufe 38, die in massivem thermischen Kontakt mit der thermischen Abschirmung 20 steht (zum Beispiel indem man die erste Stufe 38 in thermischem Kontakt mit einer flexiblen thermischen Sammelschiene 40 vorsieht, die ihrerseits in thermischem Kontakt mit der thermischen Abschirmung 20 steht), und mit einer zweiten Stufe 42, die in massivem thermischen Kontakt mit der supraleitfähigen Spule 24 steht (zum Beispiel indem man die zweite Stufe 42 in thermischem Kontakt mit einer flexiblen thermischen Sammelschiene 44 vorsieht, die ihrerseits in thermischem Kontakt mit einem Kühlring 46 steht, der sich in thermischem Kontakt mit dem Spulenabdeckband 30 befindet, das wiederum in thermischem Kontakt mit der supraleitfähigen Spule 24 steht). Ein alternatives (in den Figuren nicht gezeigtes) System zum Kühlen eines supraleitfähigen Magneten mit einem Kryokühler-Kaltkopf enthält eine massive Sammelschiene, deren eines Ende in massivem thermischen Kontakt mit der supraleitfähigen Spule steht, und bei der das andere Ende in einem Volumen von flüssigen und gasförmigen Helium angeordnet ist, wobei das gasförmige Helium von dem Kryokühler-Kaltkopf gekühlt wird.
Die supraleitfähige Leitereinrichtung 10 enthält einen ersten keramischen supraleitfähigen Leiter 48 mit einem ersten Ende 50, das flexibel, dielektrisch und mit der ersten Stufe 38 des Kryokühler-Kaltkopfes 34 thermisch verbindbar (und verbunden) ist, und mit einem zweiten Ende 52, das flexibel, dielektrisch und thermisch verbindbar (und verbunden) ist mit der zweiten Stufe 42 des Kryokühler-Kaltkopfes 34. Die supraleitfähige Leitereinrichtung 10 enthält weiterhin einen zweiten keramischen supraleitfähigen Leiter 54, der im allgemeinen identisch mit und im Abstand zu dem ersten keramischen supraleitfähigen Leiter 48 angeordnet ist. Der zweite keramische supraleitfähige Leiter 54 weist ein erstes Ende 56 auf, das flexibel, dielektrisch und thermisch verbindbar (und verbunden) ist mit der ersten Stufe 38 des Kryokühler-Kaltkopfes 34, und mit einem zweiten Ende 58, das flexibel, dielektrisch und thermisch verbindbar (und verbunden) ist mit der zweiten Stufe 42 des Kryokühler-Kaltkopfes 34.
Eine bevorzugte Anordnung für derartige Verbindungen besteht für die supraleitfähige Leitereinrichtung 10 darin, daß sie weiter enthält: flexible Leiter 60, 62, 64 und 66 aus geflochtenem bzw. umflochtenen Kupfer, eine feste bzw. starre thermische Station 68 aus Kupfer und Hülsen bzw. Kragen 70, 72, und 74 aus mit Nickel plattiertem Beryllium. Jedes Ende 50, 52, 56 und 58 von den keramischen supraleitfähigen Leitern 48 und 54 weist ein daran angesintertes Anschlußstück aus Silber auf, wobei an jedes Anschlußstück ein Formstück aus Kupfer angelötet ist und so ein gekröpftes Ende eines entsprechenden flexiblen Leiters 60, 62 64 und 66 aus geflochtenem Kupfer sichert (solche Silberkontakte sowie Verbindungsstücke aus Kupfer sind in den Figuren nicht gezeigt). Die flexiblen Leiter 60 und 62 aus geflochtenem Kupfer sind dielektrisch und thermisch verbindbar (und verbunden) mit der ersten Stufe 38 des Kryokühler-Kaltkopfes 34, indem man sie durch eine und in Kontakt mit einer Hülse 70 aus Beryllium führt, die an der thermischen Abschirmung 20 befestigt ist, die ihrerseits wieder die erste Stufe 38 über eine flexible thermische Sammelschiene 40 kontaktiert. Flexible Leiter 60 und 62 aus geflochtenem Kupfer führen sodann durch eine keramische Leiterdurchführung 76, die hermetisch an dem Teilbereich 18 des Vakuumgehäuses angebracht ist, das die supraleitfähige Leitereinrichtung 10 einschließt, und die Leiter werden danach elektrisch an eine (in den Figuren nicht gezeigte) elektrische Spannungsquelle angeschlossen. Die flexiblen Leiter 64 und 66 aus geflochtenem Kupfer sind dielektrisch und thermisch verbindbar (und verbunden) mit der zweiten Stufe 42 des Kryokühler-Kaltkopfes 34, indem man sie durch die und in Kontakt mit den entsprechenden Hülsen 72 und 74 aus Beryllium führt, die an der starren bzw. festen thermischen Station (oder dem Flansch) 68 angebracht sind, der seinerseits über den Kühlring 46 sowie die flexible thermische Sammelschiene 44 in Kontakt mit der zweiten Stufe 42 steht. Es ist somit ersichtlich, daß die zweiten Enden 52 und 58 der ersten und zweiten keramischen supraleitfähigen Leiter 48 und 54 flexibel, dielektrisch und thermisch mit der festen bzw. starren thermischen Station 68 verbunden sind. Es wird angemerkt, daß die feste thermische Station 68 an dem Kühlring 46 angebracht ist, um eine Kühlung für die keramischen supraleitfähigen Leiter 48 und 54 vorzusehen. Die flexiblen Leiter 64 und 66 aus geflochtenem Kupfer werden danach elektrisch mit den entsprechenden Enden 26 und 28 des supraleitfähigen Drahtes/Bandes verbunden, das die supraleitfähige Spule 24 darstellt, wobei die betreffende elektrische Verbindung über einen Anschlußblock 78 hergestellt wird, der an dem Kühlring 46 befestigt ist.
Die supraleitfähige Leitereinrichtung 10 enthält weiterhin eine erste glasfaserverstärkte Epoxid-Leiterumwicklung 80 in einem im allgemeinen umgebenden Kontakt mit und befestigt an dem ersten keramischen supraleitfähigen Leiter 48, sowie eine zweite glasfaserverstärkte Epoxid-Leiterumwicklung 82 in einem im allgemeinen umgebenden Kontakt mit und befestigt an dem zweiten keramischen supraleitfähigen Leiter 54. Die erste glasfaserverstärkte Epoxid-Leiterumwicklung 80 weist einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf, der im allgemeinen gleich demjenigen des ersten keramischen supraleitfähigen Leiters 48 ist. Die zweite glasfaserverstärkte Epoxid-Leiterumwicklung 82 ist im allgemeinen identisch mit und im Abstand von der ersten glasfaserverstärkten Epoxid-Leiterumwicklung 80 angeordnet. Die Anmelderin hat gefunden, daß die glasfaserverstärkten Epoxid-Leiterumwicklungen 80 und 82 eine feste bauliche Ummantelung mit minimalen differentiellen thermischen Spannungen bieten, daß sie es erlauben, die keramischen supraleitfähigen Leiter 48 und 54 ohne Gefahr des Brechens zu handhaben, und daß sie die keramischen supraleitfähigen Leiter 48 und 54 vor etwaigen Auswirkungen von Feuchtigkeit schützen, die andernfalls die Supraleitfähigkeitseigenschaften der keramischen supraleitfähigen Leiter herabsetzen würden.
Für solche Anwendungen, die einen zusätzlichen Schutz der supraleitfähigen Leitereinrichtung 10 gegen Stoß- und Vibrationskräfte erfordern, wenn sie in dem supraleitfähigen Magneten 13 eingebaut sind, enthält die supraleitfähige Leitereinrichtung 10 weiter eine Hülle 84 sowie ein festes Stützrohr 86. Die Hülle 84 enthält ein offenzelliges Material das einen thermischen (Wärme-)Leitungskoeffizienten aufweist, der denjenigen von dem glasfaserverstärkten Epoxid bei einer Temperatur von im allgemeinen 50 Kelvin im allgemeinen nicht überschreitet. Die Hülle 84 befindet sich in einem im allgemeinen umgebenden Druckkontakt mit den ersten und zweiten glasfaserverstärkten Epoxid-Leiterumwicklungen 80 und 82. Das feste Stützrohr 86 umgibt im allgemeinen die Hülle 84 und weist einen thermischen Leitungskoeffizienten auf, der im allgemeinen denjenigen von rostfreiem Stahl bei einer Temperatur von 50 Kelvin nicht überschreitet. Das feste Stützrohr 86 besitzt ein erstes Ende 88 sowie ein zweites Ende 90. Das zweite Ende 90 ist thermisch verbindbar (und verbunden) mit der zweiten Stufe des Kryokühler-Kaltkopfes 34. Es ist festzustellen, daß das zweite Ende 90 des festen Stützrohres 86 fest an der festen bzw. starren thermischen Station 86 befestigt ist, und daß die feste thermische Station 68 thermisch verbindbar (und verbunden) ist mit der zweiten Stufe 42 des Kryokühler-Kaltkopfes 34 (und zwar über den Kühlring 46 sowie die flexible thermische Sammelschiene 44). Die Hülle 84 stützt die auf die supraleitfähige Leitereinrichtung 10 wirkenden Kräfte gleichmäßig ab und verteilt sie, wenn diese beim Einbauen in die supraleitfähige Leitereinrichtung 12 Stoß- und Vibrationsbelastungen unterworfen wird. Das feste Stützrohr 68 stützt die Hülle 84 gegen Quer- sowie Axialkräfte ab.
Vorzugsweise weist die supraleitfähige Leitereinrichtung 10 zusätzlich eine glasfaserverstärkte Epoxid-Hüllenumwicklung 92 in einem im allgemeinen umgebenden Kontakt mit und befestigt an der Hülle 84 auf. In dieser Ausführung befindet sich das feste Stützrohr 86 in einem im allgemeinen umgebenden Kontakt mit und befestigt an der glasfaserverstärkten Epoxid- Hüllenumwicklung 92. In einer beispielhaften Ausführung und um einer Tendenz der Hülle 84 entgegenzuwirken, sich andernfalls von den glasfaserverstärkten Epoxid-Leiterumwicklungen 80 und 82 abzutrennen, was zu einem unerwünschten Vibrationskontakt führen würde, enthält die supraleitfähige Leitereinrichtung 10 darüber hinaus einen metallischen Draht 94 für eine bessere Befestigung der Hülle 84 an den glasfaserverstärkte Epoxid- Leiterumwicklungen 80 und 82. Der metallische Draht 94 ist innerhalb des festen Stützrohrs 86 angeordnet und im allgemeinen wendelförmig um die Hülle 84 herum gewickelt und bindet ihn damit zusammen. Der metallische Draht 94 weist einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf, der im allgemeinen gleich demjenigen von dem festen Stützrohr 86 ist. In dieser Ausführung ist die glasfaserverstärkte Epoxid-Hüllenumwicklung 92 auch an dem metallischen Draht 94 angebracht. Es entspricht der Beurteilung seitens der Anmelderin, daß der Gebrauch der Hülle 84, des metallischen Drahtes 94, der glasfaserverstärkten Epoxid-Hüllenumwicklung 92, des festen Stützrohrs 86 sowie der festen thermischen Station 68 einen guten Stoß- und Vibrationsschutz bietet für die keramischen supraleitfähigen Leiter 48 und 54 (mit oder ohne die glasfaserverstärkten Epoxid- Leiterumwicklungen 80 und 82), wenn sie in dem supraleitfähigen Magneten 13 (oder in eine andere supraleitfähige Vorrichtung) eingebaut werden.
In einer beispielhaften Ausführung handelt es sich bei jedem der ersten und zweiten keramischen supraleitfähigen Leiter 48 und 54 um einen supraleitfähigen Leiter aus polykristalliner Sinterkeramik. Vorzugsweise enthält jeder keramischen supraleitfähigen Leiter 48 und 54 ein identisches Material, das ausgewählt ist aus der Gruppe, welche aus DBCO (Dysprosium Barium Kupfer Oxid), YBCO (Yttrium Barium Kupfer Oxid) und BSCCO (Wismut Strontium Kalzium Kupfer Oxid) besteht. Es wird vorgezogen, daß es sich bei den keramischen supraleitfähigen Leitern 48 und 54 jeweils um supraleitfähige Leiter aus körnungsorientiertem DBCO, aus körnungsorientiertem YBCO oder aus körnungsorientiertem BSCCO handelt. Die Körnungsorientierung wird vorgezogen, weil sie die Leistungsfähigkeit des Leiters in einem magnetischen Streufeld verbessert. Vorzugsweise umfaßt die Hülle 84 eine Hülle aus Polystyrolschaum, und das feste Stützrohr 86 weist ein Stützrohr aus einem rostfreiem Stahl oder aus Titan auf. Es wird vorgezogen, daß die flexiblen Leiter 60, 62, 64 und 66 aus geflochtenem Kupfer OFHC (sauerstofffreies Hartkupfer) enthalten. Die flexiblen thermischen Sammelschienen 40 und 44 sind vorzugsweise hergestellt aus laminiertem OFHC Kupfer.
Es wird festgestellt, daß während des normalen supraleitfähigen Betriebsmodus des Magneten elektrischer Strom mit Supraleitfähigkeit in den keramischen supraleitfähigen Leitern 48 und 54 sowie in der supraleitfähigen Spule 24 fließt, und daß ein nicht supraleitfähiger elektrischer Strom in den nichtsupraleitenden flexiblen Leitern 60, 62, 64 und 66 aus geflochtenem Kupfer fließt. Es wird weiterhin festgestellt, daß die supraleitfähige Leitereinrichtung 10 eine hohe thermische Impedanz bietet zwischen den ersten Enden 50 und 56 ihrer keramischen supraleitfähigen Leiter (die sich in typischen Fällen auf einer Temperatur von im allgemeinen 40 Kelvin befinden) und den zweiten Enden 52 und 58 (die sich in typischen Fällen auf einer Temperatur von im allgemeinen 10 Kelvin befinden).
Ein bevorzugtes Verfahren für die Herstellung der supraleitfähigen Leitereinrichtung 10 für die supraleitfähige Vorrichtung 12 enthält die Schritte: a) Vorsehen des ersten keramischen supraleitfähigen Leiters 48 in einer gewissen Länge; b) Bereiten einer ersten Nassauflage aus glasfaserverstärktem Epoxid mit einer Dicke kleiner als die Länge der ersten keramischen supraleitfähigen Leitung 48; c) im allgemeinen wendelförmiges Wickeln der ersten Leiterumwicklung 80 aus der ersten Nassauflage aus glasfaserverstärktem Epoxid direkt auf und um den ersten keramischen supraleitfähigen Leiter 48 mit einer Überlappung von im allgemeinen einer halben Breite der ersten Nassauflage aus glasfaserverstärktem Epoxid; d) Trocknen der ersten Leiterumwicklung 80 an der Luft bei im allgemeinen Raumtemperatur über wenigstens im allgemeinen 8 Stunden; e) Vorsehen von einem zweiten keramischen supraleitfähigen Leiter 54, der im allgemeinen identisch zu dem ersten keramischen supraleitfähigen Leiter 48 ist und eine gewisse Länge aufweist; f) Bereiten einer zweiten Nassauflage aus glasfaserverstärktem Epoxid, das im allgemeinen identisch ist zu der ersten Nassauflage aus glasfaserverstärktem Epoxid; g) im allgemeinen wendelförmiges Wickeln der zweiten Leiterumwicklung 82 aus der zweiten Nassauflage aus glasfaserverstärktem Epoxid direkt auf und um den zweiten keramischen supraleitfähigen Leiter 54 mit einer Überlappung von im allgemeinen einer halben Breite der ersten Nassauflage aus glasfaserverstärktem Epoxid; h) Trocknen der zweiten Leiterumhüllung 82 an der Luft bei im allgemeinen Raumtemperatur über wenigstes im allgemeinen 8 Stunden; i) Wählen eines offenzelligen Materials mit einem thermischen Leitungskoeffizienten, der im allgemeinen denjenigen von glasfaserverstärktem Epoxid bei einer Temperatur von im allgemeinen 50 Kelvin nicht überschreitet; j) Zubereiten eines unteren Blocks aus dem offenzelligen Material mit im Abstand voneinander angeordneten Ausschnitten, um eine Hälfte von den abgebundenen bzw. gehärteten ersten und zweiten Leiterumwicklungen 80 und 82 im allgemeinen zu umgeben; k) Zubereiten eines oberen Blocks von dem offenzelligen Material mit im Abstand voneinander angeordneten Ausschnitten, um die andere Hälfte der ausgehärteten ersten und zweiten Leiterumwicklungen 80 und 82 im wesentlichen zu umgeben; l) Umgeben der gehärteten ersten und zweiten Leiterumwicklungen 80 und 82 mit den unteren und oberen Blöcken, um somit die Hülle 84 in einem im allgemeinen umgebenden Kontakt mit den ersten und zweiten Leiterumwicklungen 80 und 82 abzugrenzen; m) im wesentlichen wendelförmiges Wickeln des metallischen Drahtes 94 um die Hülle 84, um diese so zusammenzubinden, daß sich die Hülle 84 in einem im allgemeinen umgebenden Druckkontakt mit den gehärteten ersten und zweiten Leiterumwicklungen 80 und 82 befindet; n) Zubereiten einer dritten Nassauflage aus glasfaserverstärktem Epoxid mit einer Breite kleiner als die Länge von dem ersten keramischen supraleitfähigen Leiter 48; o) im allgemeinen wendelförmiges Wickeln der Hüllenumwicklung 92 aus der dritten Nassauflage aus glasfaserverstärktem Epoxid direkt auf und um die Hülle 84 sowie den metallischen Draht 94 herum mit einer Überlappung von im allgemeinen der halben Breite der dritten Nassauflage aus glasfaserverstärktem Epoxid; p) Vorsehen des festen Stützrohrs 86, das einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der im allgemeinen gleich demjenigen von dem metallischen Draht 94 ist, sowie eine kleinere Länge hat als die von der Hüllenumwicklung 92; q) Einschieben der Hüllenumwicklung 92 in das Stützrohr 86; und r) Trocknen der eingeführten Hüllenumwicklung 92 an der Luft bei im allgemeinen Raumtemperatur über wenigstens 8 Stunden.
Die vorstehende Beschreibung einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wurde zum Zwecke ihrer Veranschaulichung gegeben. Sie ist nicht als erschöpfend oder als die Erfindung auf die konkrete beschriebene Form einschränkend gedacht, und es sind offensichtlich viele Modifikationen und Abänderungen im Lichte der oben gegebenen Anweisung möglich. Es ist beabsichtigt, daß der Schutzbereich der Erfindung durch die hierzu angefügten Ansprüche abgegrenzt sein soll.

Claims

1. Supraleitfähige Leitereinrichtung (10) für eine supraleitfähige Vorrichtung (12), die durch einen Kryokühler-Kaltkopf mit einer ersten Stufe (38) und einer zweiten Stufe (42) gekühlt ist, wobei die supraleitfähige Leitereinrichtung enthält:

a) einen ersten keramischen supraleitfähigen Leiter (48) und

b) eine erste glasfaserverstärkte Epoxid-Leiterumwicklung (80), die in einem im allgemeinen umgebenden Kontakt mit und an dem ersten keramischen supraleitfähigen Leiter (48) befestigt ist, wobei die erste glasfaserverstärkte Epoxid-Leiterumwicklung (80) einen thermischen Ausdehnungs-Koeffizienten hat, der im allgemeinen gleich demjenigen des ersten keramischen supraleitfähigen Leiters (48) ist, gekennzeichnet durch

c) eine Hülle (84), die ein offenzelliges Material aufweist, das in einem im wesentlichen umgebenden Druckkontakt mit der ersten glasfaserverstärkten Epoxid-Leiterumwicklung (80) ist.

2. Einrichtung mit einer supraleitfähigen Leitereinrichtung nach Anspruch 1 in Kombination mit einem Kryokühler-Kaltkopf, der eine erste Stufe (38) und eine zweite Stufe (42) aufweist, wobei der erste keramische supraleitfähige Leiter (48) ein erstes Ende (50), das flexibel, dielektrisch und thermisch mit der ersten Stufe verbindbar ist, und ein zweites Ende (52) hat, das flexibel, dielektrisch und thermisch mit der zweiten Stufe (42) verbindbar ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei auch die Hülle (84) einen thermischen Ausdehnungs-Koeffizienten hat, der denjenigen von dem glasfaserverstärkten Epoxid bei einer Temperatur von im allgemeinen 50 Kelvin im allgemeinen nicht überschreitet.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, ferner enthaltend:

d) ein festes Stützrohr (86), das die Hülle (84) im allgemeinen umgibt, einen thermischen Ausdehnungs-Koeffizienten hat, der denjenigen von rostfreiem Stahl bei einer Temperatur von 50 Kelvin im allgemeinen nicht überschreitet, ein erstes Ende und ein zweites Ende hat, das mit der zweiten Stufe (42) thermisch verbindbar ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, ferner enthaltend:

e) eine glasfaserverstärkte Epoxid-Hüllenumwicklung (92), die in einem im allgemeinen umgebenden Kontakt mit und an der Hülle (86) befestigt ist, und wobei das feste Stützrohr in einem im allgemeinen umgebenden Kontakt mit und an der glasfaserverstärkten Epoxid-Hüllenumwicklung (92) befestigt ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, ferner enthaltend:

f) einen metallischen Draht (94), der in dem festen Stützrohr (86) angeordnet ist und im allgemeinen wendelförmig um die Hülle (84) gewickelt ist und es bindet, wobei der metallische Draht einen thermischen Ausdehnungs-Koeffizienten hat, der im allgemeinen gleich demjenigen des festen Stützrohres ist, und wobei die glasfaserverstärkte Epoxid-Hüllenumwicklung (92) auch an dem metallischen Draht (94) befestigt ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, ferner enthaltend:

g) einen zweiten keramischen supraleitfähigen Leiter (54), der im allgemeinen identisch mit und im Abstand von dem ersten keramischen supraleitfähigen Leiter (48) angeordnet ist, wobei der zweite keramische supraleitfähige Leiter (54) ein erstes Ende (56), das flexibel, dielektrisch und thermisch mit der ersten Stufe (38) verbindbar ist, und ein zweites Ende (58) hat, das flexibel, dielektrisch und thermisch mit der zweiten Stufe (42) verbindbar ist, und

h) eine zweite glasfaserverstärkte Epoxid-Leiterumwicklung (82), die in einem im allgemeinen umgebenden Kontakt mit und an dem zweiten keramischen supraleitfähigen Leiter (54) befestigt ist, wobei die zweite glasfaserverstärkte Epoxid-Leiterumwicklung (82) im allgemeinen identisch mit und im Abstand von der ersten glasfaserverstärkten Epoxid-Leiterumwicklung (80) angeordnet ist, wobei die Hülle (84) die zweite glasfaserverstärkte Epoxid-Leiterumwicklung (82) auch in einem im allgemeinen umgebenden Druckkontakt umgibt.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, ferner enthaltend:

i) eine feste thermische Station (68), wobei die zweiten Enden (52, 58) der ersten und zweiten keramischen supraleitfähigen Leiter (48, 54) flexibel, dielektrisch und thermisch mit der festen thermischen Station (68) verbindbar sind, wobei das zweite Ende des festen Stützrohres (86) fest mit der festen thermischen Station verbindbar ist, und die thermische Station (68) thermisch mit der zweiten Stufe (42) verbunden werden kann.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, wobei die ersten und zweiten keramischen supraleitfähigen Leiter (48, 54) jeweils ein identisches Material aufweisen, das aus der aus DBCO, YBCO und BSCCO bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, wobei die Hülle (84) eine Polystyrenschaum-Hülle aufweist.

11. Einrichtung nach Anspruch 9, wobei das feste Stützrohr (86) ein Stützrohr aus rostfreiem Stahl aufweist.