Gemäß den erwähnten
Anforderungen
lieferte die Firma ACCEL im Februar 2002 einen Magneten.
Dieser wurde in einem Laborraum des Instituts für
Plasmaphysik (IPP) in Garching installiert.
Die eigentlichen Magnetspulen befinden sich in einem
Vakuumbehälter, der die Kühlung (s.u.)
unterstützt. Der Innenbereich ('Bohrung') mit dem
homogenen Magnetfeld hat einen Durchmesser von 40 cm.
Die gesamte Anordnung wiegt ca. 400 kg.
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Der gesamte Magnet ist schwenkbar gelagert, so dass das
Feld in der Bohrung für Experimente
wahlweise parallel oder senkrecht
zur Schwerkraft ausgerichtet werden kann. Das Schwenken
geschieht mit einer Kurbel.
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Um eine Feldstärke von 4 Tesla zu erreichen, ist ein Strom von
88 Ampere notwendig. Damit dieser ohne allzu große thermische
Verluste fließen kann, bestehen die eigentliche Magnetspulen
aus einer supraleitenden Metalllegierung.
Diese leitet den elektrischen Strom ohne
Verluste, muss dafür jedoch auf eine Temperatur von ca. 4 Kelvin
(= -269oC!) gebracht werden. Die Kühlung geschieht
mit Hilfe eines geschlossenen Kreislaufs, so dass kein Kühlmittel
nachgefüllt werden muss. Der Kaltkopf (Bild links) wird mit Helium
unter einem Druck von 20 bar betrieben, das von einem Kompressor (Mitte)
im Nebenraum bereitgestellt wird. Nach ca. 6 Tagen wird die
Betriebstemperatur von 3-4 Kelvin erreicht (rechts).
So hört sich der Kaltkopf während des laufenden Betriebs an:
(MP3)
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Vor dem Kaltfahren muss der Behälter des Magneten auf
mindestens 10-6 mbar evakuiert werden,
um eine Wärmekopplung zwischen den -269oC
(4K) kalten Spulen und der Außenwand zu verhindern.
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Installation einer ersten, kapazitiv gekoppelten RF-Plasmakammer.
Mit dieser Kammer werden die ersten Experimente zum Verhalten
komplexer Plasmen in einem starken Magnetfeld durchgeführt
und Erfahrungen im Umgang mit starken Feldern allgemein gesammelt.
Um keine unerwünschte Kraftwirkung auf den Einbau zu bekommen
und die Homogenität des Magnetfelds zu wahren, dürfen
im Inneren keinerlei magnetische Materialien verwendet werden.
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Prof. Ove Havnes demonstriert die Stärke des
Magnetfeldes
Links: Bereits bei 1T wird ein Schraubenschlüssel mit dem
Mehrfachen seines Eigengewichts in den Magneten gezogen. Mehr noch,
er richtet sich entlang der Magnetfeldlinien aus, so dass es kaum
möglich ist, ihn in eine andere Richtung zu drehen.
Mitte: Ein Kupferring wird vom Magneten nicht angezogen, aber
es kann bis zu einer Minute(!) dauern, bis er im Magnetfeld umfällt.
Dies ist die Wirkung von Wirbelströmen, die beim Kippen (und
Durchschneiden der Feldlinien) induziert werden und die der Bewegung
entgegenwirken. Der Ring fällt in Zeitlupe.
Rechts: Eine 5-Cent-Münze wird losgelassen und in den
Magneten hineingezogen. Durch ihr Trägheit schießt
sie jedoch durch die Bohrung hindurch und kehrt auf der anderen
Seite um. Bei 2T pendelt sie frei schwebend bis zu 10x durch den
Magneten hindurch, bis sie schließlich an die Innenwand
stößt und dort haften bleibt.
Klicken Sie hier, um das ganze Video zu sehen:
MPEG (50 MB!)
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MPE
4T Mag Lab
©
Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik
