Kas apsaugo nuo dielektrinio gedimo lakuotose daugiasluoksnėse folijos izoliacinėse antklodėse iki 10 Tesla laukų?

Tarptautinis postūmis aukšto lauko superlaidžios infrastruktūros link spartėja precedento neturinčiu tempu. Nuo komercinių branduolių sintezės reaktorių (tokių kaip didelio lauko sferiniai tokamakai ir stelaratoriai) ir naujos kartos dalelių greitintuvų iki itin didelio lauko medicininio vaizdo gavimo (11,7T+ MRT) ir Maglev transporto tinklų – suvereni ekonomika daug investuoja į kelių Tesla magnetines sistemas.

Šiose didelės energijos sistemose superlaidžios ritės veikia kriogeninėje temperatūroje, panardintos į skystą helią arba priverstinį superkritinį helio srautą. Siekiant sumažinti šaldymo galią, šaltą masę supa daugiasluoksnės izoliacijos (MLI) antklodės. Tačiau dirbant magnetiniuose laukuose, viršijančiuose 10 teslų, kyla didelė elektrinė ir mechaninė rizika: sukeliamas trumpalaikis dielektrinis gedimas.

Greito magnetinio lauko pakylėjimo, impulsinės plazmos operacijų ar staigių avarinių magnetų iškrovų (gesinimo) metu greiti magnetinio srauto pokyčiai sukelia reikšmingas trumpalaikes įtampas gretimuose laidžiuose folijos sluoksniuose. Įprastose neizoliuotose folijos rietuvėse arba prastai ekranuotose antklodėse šios įtampos viršija vakuuminio tarpo dielektrinio suskaidymo slenkstį. Susidaręs elektros lankas išdegina folijoje esančias skylutes, suvirina gretimus sluoksnius į šiluminius šortus ir suaktyvina magnetų gesinimą, dėl kurio gali būti padaryta milijonų dolerių žalos įrangai ir įrenginio prastovos.

Lakuotos daugiasluoksnės aliuminio folijos izoliacinės antklodės suteikia galutinę pramoninę apsaugą. Sujungus didelio grynumo aliuminio folijas (1000 ir 8000 serijų) su submikroniniais, didelio dielektriko skersiniais ryšiais polimeriniais-keraminiais barjeriniais lakais , ši medžiaga užtikrina didelį dielektrinį skilimo stiprumą, apsaugo nuo indukcinių kibirkščių susidarymo, pašalina dujų išsiskyrimą ir sumažina MLI antklodės gamybos sąnaudas, palyginti su tradiciniais darbais, ir daugiau nei 50 %..

Aukšto grynumo aliuminio folijos struktūrinės savybės

Kriogeniniai šiluminės spinduliuotės skydai, veikiantys esant dideliam magnetiniam laukui, reikalauja tikslių fizinių ir magnetinių savybių:

Aukšto grynumo 1085 ir 8011 šerdis: Aliuminio grynumas viršija 99,85 % užtikrina itin švarų, vienodą paviršių be grubių geležies ir silicio intermetalinių intarpų, kurie gali veikti kaip elektrinio lauko koncentracijos taškai.

Nemagnetiniai, sūkurinės srovės valdomi matmenys: aliuminis yra nemagnetinis, neleidžiantis pirminio 10 Tesla lauko magnetiniams iškraipymams. Ploni folijos matuokliai (nuo 12 mikronų iki 50 mikronų) segmentuoja elektros laidumo kelius, žymiai apribodami sūkurinių srovių kaitinimą ir sumažindami mechanines Lorenco jėgas greitųjų lauko rampų metu.

Kriogeninis lankstumas iki 4 kelvinų: Skirtingai nuo feritinių lydinių ar trapių keraminių plėvelių, kurios lūžta veikiant kriogeniniam šiluminiam smūgiui, aliuminio kubinė kristalinė gardelė sutvirtėja ir išlaiko pailgėjimą iki absoliutaus nulio, sugerdama mechanines vibracijas be nuovargio įtrūkimų.

Submikronų didelio dielektrinio lako formulė

Standartiniai anoduoti arba palaidi plastikiniai tarpikliai sugenda esant dideliems elektros viršįtampiams. Pažangioje lakuotoje folijoje naudojamos ištisinės, gamykloje sukietintos barjerinės dangos:

Kryžminė polimero ir keramikos hibridinė matrica: sudaryta iš organinių silicio arba modifikuotų poliimido-keraminių dervų, todėl danga užtikrina išskirtinį dielektrinį skilimo stiprumą (viršija 25 kV iki 35 kV vienam storio milimetrui), o lieka mikro plona (paprastai 0,5–1,5 mikrono).

Paviršiaus planavimas be defektų: Skystas ritės lakas teka per mikroskopines riedėjimo briaunas ant folijos juostos prieš terminį sukietėjimą, išlygina paviršiaus profilį ir pašalina aštrius mikroskopinius smailes, kurios sukelia lauko spinduliuotės lanko iškrovą.

Techninis patvirtinimas ir praktinis atlikimas

Suvereni energijos vizija ir B2B komercinis atsipirkimas

DUK

1 klausimas: kodėl 10 Tesla magnetinis laukas sukelia elektros lanką daugiasluoksnėje folijos izoliacijoje?

A: Greito lauko rampos arba avarinio magneto gesinimo metu greitas magnetinio srauto pokytis sukelia aukštą pereinamąją įtampą gretimuose laidžiuose folijos lakštuose. Vakuuminėje kriostato aplinkoje šie elektriniai potencialai lengvai viršija vakuumo tarpo gedimo įtampą, sukurdami elektrinius lankus, kurie ištirpdo skylutes per foliją ir sukuria šiluminius trumpus.

2 klausimas: kaip submikroninis lakas apsaugo nuo dielektrinio skilimo folijos sluoksniuose?

A: Gamykloje užteptas lakas sudaro tankų, neakytas kietą dielektrinį barjerą tiesiai ant aliuminio folijos paviršiaus. Ši kieta danga, kurios dielektrinis stipris viršija 25 kV/mm, apsaugo nuo elektronų emisijos ir jonizacijos net esant aukštos įtampos šuoliais, stabdo lanko formavimąsi, kol jai pavyksta užpildyti tarpą.

3 klausimas: ar dielektrinis lakas įtrūksta arba nusilupa atvėsęs iki skysto helio temperatūros (4 kelvinų)?

A: Ne. Kryžminė polimero ir keramikos hibridinė danga padengiama itin plonais matmenimis (0,5–1,5 mikrono) ir sukurta taip, kad atitiktų aliuminio pagrindo terminio susitraukimo profilį. Jis atlaiko greitus šiluminius smūgius nuo kambario temperatūros iki 4 Kelvinų, nesutrūkinėdamas, neskilinėdamas ar nesisluoksniuodamas.

4 klausimas: kaip lakuota folija sumažina darbo sąnaudas gaminant kriogenines izoliacines antklodes?

A: Įprastoms MLI antklodėms technikas turi rankomis surinkti kintamus plikos folijos sluoksnius ir gležnus polimerinius tarpiklius, kad būtų išvengta elektros kontakto. Iš anksto lakuota folija apima dielektrinę izoliaciją tiesiai ant metalinio paviršiaus, todėl sluoksnius galima sukrauti ir apvynioti tiesiogiai be atskirų tinklelių, todėl surinkimo darbas sumažėja daugiau nei 50%.

5 klausimas: kodėl didelio lauko superlaidiems magnetams verta rinktis gryną aliuminio foliją, o ne aliuminizuotą mylarą?

A: Aliuminizuotame mylare naudojama plastikinė šerdis, kuri suyra, trapi ir pleiskanoja veikiant neutronų ir gama spinduliuotei, taip pat išskiria lakiuosius organinius junginius dideliame vakuume. Gryna aliuminio folija su neorganiniu hibridiniu laku yra atspari spinduliuotei, neišskiria dujų ir mechaniškai stabili per dešimtmečius nuolatinio impulsinio magnetinio veikimo.

Išvada

Norėdami pašalinti dielektrinį gedimą ir maksimaliai padidinti surinkimo našumą kitame didelio lauko superlaidaus magneto projekte:

Įpareigoti 100 % linijinio kibirkštinio bandymo sertifikatą: reikalauti pirkimo dokumentų, patvirtinančių, kad kiekvienas ritės kvadratinis metras buvo išlaikytas nuolatinis neardomasis kibirkšties bandymas esant 1 000 V nuolatinei arba aukštesnei įtampai, užtikrinant nulinių laidžių skylių.

Nurodykite sertifikuotą kriogeninį dielektrinį stiprumą (> 25 kV/mm): Įsitikinkite, kad tiekėjo dokumentuose būtų patikrintos dielektriko gedimo įtampos vardinės skystojo azoto (-196°C) ir gilaus vakuumo sąlygos, kad būtų užtikrintos saugos ribos 10 Tesla magnetų gesinimo metu.

Pasirinkite matuoklį ir lako storį, pagrįstą apvijos įtempimu: nurodykite 15–25 mikronų foliją su 1,0 mikrono lako sluoksniu, kad būtų galima automatizuoti kelių sluoksnių antklodės vyniojimą aplink sudėtingus ritės galų posūkius, užtikrinant didelį lankstumą be paviršiaus įtrūkimų.