Design und feldtheoretische Analyse einer Hochfeldspule

Abstract

ZusammenfassungDie Entwicklung einer Hochfeldspule für magnetische Flussdichten bis an die 40 Tesla gestaltet sich als sehr anspruchsvolle Aufgabe. Um die angestrebten hohen Magnetfelder erreichen zu können, muss die Spule nämlich im Grenzbereich ihrer maximalen mechanischen, thermischen und elektrischen Belastbarkeit betrieben werden. Im ersten Teil dieses Artikels werden der grundlegende Spulenaufbau beschrieben und konstruktions- und betriebstechnische Maßnahmen umrissen, die einen sicheren Betrieb bezüglich mechanischer und thermischer Belastungen gewährleisten. Der zweite Teil (Hauptteil) widmet sich einem feldtheoretischen, analytischen Modell, über das sämtliche elektromagnetische Feldgrößen im Spulenbereich sowie entscheidende elektrische Spulenparameter und Spuleneigenschaften im Vorfeld effizient abgeschätzt werden können. Mithilfe dieses erstmalig präsentierten Modells kann gezeigt werden, dass innerhalb der Spule elektrische Resonanzen auftreten können. Dieser Effekt ist besonders gefährlich, da er nicht unmittelbar ersichtlich bzw. erwartbar ist und bei Anregung durch die Spulenspeisung zum elektrischen Durchbruch und damit zur Zerstörung der Spule führen kann.