Dipol mıknatıs

Bir çift ​​kutuplu mıknatıs , pozitif veya kuzey ve negatif veya güney kutbu olan bir mıknatıstır (bkz. Manyetizma ). Mıknatısların çoğu ( kalıcı mıknatıslar ve elektromıknatıslar ) çift kutuplu mıknatıslardır.

Terim esas olarak , diğer mıknatıs konfigürasyonlarının, örneğin, partikül hızlandırıcıları alanında kullanılmaktadır . B. dört kutuplu mıknatıslar kullanılır. Hızlandırıcılardaki dipol mıknatıslar, U şeklinde bir demir boyunduruktan yapılan elektromıknatıslardır. Bobinler , boyunduruğun uçlarının etrafına sarılır. Uçlar arasındaki boşlukta akımın akışıyla düzenlenebilen bir manyetik alan yaratılır .

Temel bilgiler

Hızlandırıcı fiziğinde kullanılan bir çift kutuplu mıknatısın çizimi

Arasında Dipol mıknatıs düzenlemesi Gelişmiş Foton Kaynağı içinde Argonne National Laboratory

Bir çift kutuplu mıknatısın hesaplanan manyetik alanı. İki silindir mıknatıs arasındaki boşlukta nispeten homojen ve güçlü bir alan yaratılır.

İçinde partikül hızlandırıcılar , dipol mıknatıslar bunlar ayrıca şu şekilde de ifade edilir yüzden ışın saptırma bir manyetik alan oluşturmak için kullanılan yön değiştirme mıknatıslar . Alan, odaklanma amaçları için homojen (yani uzamsal olarak sabit) veya homojen olmayabilir; Belirleyici faktör, paralel veya paralel olmayan düzlemlere sahip direk parçalarının yüzeyidir. Lorentz kuvveti altındaki parçacık hareketi , eğriliği alana dik olan bir yolda gerçekleşir. Örneğin klasik siklotronda olduğu gibi alan homojen ise, yol bir dairenin yayıdır.

Senkrotronlar ve depolama halkaları gibi yüksek partikül enerjileri için hızlandırıcılarda , teknik fizibilite nedeniyle, tek bir büyük mıknatıs kullanılmaz, ancak sektör mıknatısları denen çok sayıda küçük mıknatıs kullanılır . Bu tür sistemlerde dairesel bir yol yoktur, bunun yerine mıknatıslar arasında alansız düz bölümler vardır. Bunlar, çarpışan kiriş deneylerinde ivme elemanları, etkileşim bölgeleri için veya senkrotron radyasyonu oluşturmak için wiggler veya dalgalanmalar için alan sağlar .

Mıknatısların demir çekirdekleri, yaklaşık 2 Tesla manyetik akı yoğunluğunda  doymuştur. Daha yüksek manyetik akı yoğunlukları gerekliyse, örneğin alan nedeniyle daha büyük bir eğrilik yarıçapı mümkün olmadığından, çekirdeksiz süper iletken mıknatıslar kullanılmalıdır. Süper iletken mıknatıslar akım yoğunlukları çok kA / mm değerlere ulaşabilir ² . Bakır ( süper iletkeni stabilize etmek için) ve ısı yalıtımı için iletken kesitinin bir kısmı gerekmesine rağmen , sargının tüm kesiti üzerindeki ortalama net akım yoğunluğu, geleneksel bakır sargılardan önemli ölçüde daha yüksektir. Omik kayıplar ( elektrik ısısı , bakır kayıpları) sıfıra düşer.

Süper iletken mıknatıslar söz konusu olduğunda, alanı neredeyse kutup pabuçları veya çatal uçlarla sabitlenmiş hiçbir eşpotansiyel yüzey oluşturmaz . Bunun yerine, bobindeki süper iletkenler, içindeki ortalama akım dağılımı , ışın ekseni etrafındaki açının kosinüsü ile orantılı olacak şekilde düzenlenmelidir .

Bağlantılar

Manyetik yolun sabit bir kesiti ile (boyunduruk + hava boşluğu) , sapma açısı ve dolayısıyla yüklü parçacık ışınlarının yörünge yarıçapı için belirleyici olan hava boşluğundaki manyetik akı yoğunluğu yaklaşık olarak: ${\ displaystyle B}$

${\ displaystyle B = {\ mu _ {0}} {\ mu _ {r}} \ cdot {\ frac {I \ cdot n} {{\ mu _ {r}} {l_ {1}} + {l_ {2}}}}}$

ile - manyetik alan sabiti - boyunduruk malzemesinin geçirgenlik sayısı - bobinden geçen elektrik akımı - bobinin dönüş sayısı - boyunduruğun hava boşluğu - boyunduruğun demir yolu
${\ displaystyle {\ mu _ {0}}}$
${\ displaystyle {\ mu _ {r}}}$
${\ displaystyle I}$
${\ displaystyle n}$
${\ displaystyle {l_ {1}}}$
${\ displaystyle {l_ {2}}}$

Buradan da görülebileceği gibi

• boyunduruk mümkün olduğu kadar kompakt olmalıdır (kısa demir yolu uzunluğu)
• boyunduruk malzemesinin geçirgenlik sayısı mümkün olduğu kadar yüksek olmalıdır.

Hava boşluğunun büyük etkisi de görülebilir. Hava boşluğu keyfi olarak küçük yapılamaz çünkü i. A. Partikül ışını için vakum tüpü uygun olmalıdır.
Isı kaybı (elektrik akımının karesiyle artar) genellikle su soğutmayı gerektirir .

Boyunduruğun sarım kesitini olabildiğince etkili bir şekilde doldurmak için, demir yolun olabildiğince kısa kalması için, genellikle yuvarlak teller yerine bakır şeritler veya dikdörtgen iletkenler kullanılır.

Yüklü parçacıklardan oluşan bir demetin sapma açısı, akı yoğunluğu ve aynı zamanda içinden geçen alanın uzunluğu ile orantılıdır - bu tür mıknatısların genellikle tonlarca ağırlığında olmasının ve hava boşluklarının durdurulması gereken büyük kuvvetler geliştirmesinin bir nedeni.

Ayrıca bakınız

• Saptırma mıknatısı
• Saptırma sistemi
• Dört kutuplu mıknatıs
• dipol
• Çok kutuplu

Edebiyat

• Horst Stöcker: Fizik cep kitabı. 4. baskı, Verlag Harry Deutsch, Frankfurt am Main, 2000, ISBN 3-8171-1628-4
• Richard P. Feynman, Robert B. Leighton, Matthew Sands: Lectures on Physics. 3. baskı, Oldenbourg Verlag, Münih Viyana, 2001, ISBN 3-486-25589-4