[发明专利]超导的线圈装置和制造方法

说明书

本发明涉及一种超导的线圈装置，具有由超导的带状导体构成的线圈绕组，并且本发明还涉及一种用于这种线圈装置的制造方法。

为了产生更强的、更均匀的磁场使用超导线圈，它在持续短路-模式下工作。例如具有在0.5T至20T之间的磁通密度的均匀磁场用于核磁共振光谱学(NMR-光谱学)和磁共振成像。这种磁场典型地通过外部电路来充电，并且随后与外部电源相隔离，因为在合成的持续短路-模式内通过超导的线圈进行几乎无损失的电流通过。合成的、较强的磁场时间上是特别稳定的，因为它不受外部电路的噪声()所影响。

在使用已知的绕组技术中，一个或多个超导的电线在支承体上被缠绕，其中，不同的电线部段通过具有尽可能小的欧姆电阻的电线连接或者通过超导连接而相互接触。对于典型的低温超导体如NbTi和Nb₃Sn，具有在23K以下的跃变温度，为了制造超导接触，存在用于联接电线部段和用于连接绕组与超导的持续电流开关或持续转换器(Dauerstromschalter)的技术。在此，超导的持续电流开关是线圈的电路的一部分，并且为了提供外部电流通过加热转换到欧姆传导状态。在关闭加热装置和降低温度到工作温度之后，线圈的这部分重新成为超导性的。

高温超导体或者高T_c温度超导体(HTS)是具有在25K以上的跃变温度的超导材料，并且在几个材料等级中，例如铜氧化物超导体，在77K以上，其中，能够通过利用其它低温材料如液体氦实现冷却。HTS材料对于制造电磁线圈用于NMR光谱学和磁共振成像是特别有吸引力的，因为一些材料具有高于20T的上限的磁场。通过较高的上限的磁场，HTS材料原则上比低温超导体更适合用于产生高于例如10T的磁场。

在制造HTS电磁线圈时，存在这样一个问题，缺少合适的用于制造超导的HTS连接的技术，尤其对于第二代、所谓的2G-HTS。2G-HTS-电线典型地设为平坦的带状导体的形状。当在超导的带状导体之间加入欧姆接触时，在线圈内的损失不能够再被忽略，并且产生的磁场在几小时或者几天的时间内就会显而易见地下降(参见“IEEE Transactions on Applied Superconductivity”, Vol.12, No.1, March 2002, 476至479页，和“IEEE Transactions on Applied Superconductivity”, Vol.18, No.2, June 2008, 953至956页)。

本发明所要解决的技术问题是，提供一种超导的线圈装置，它可避免所述的缺点。本发明的另一个技术问题是，提供用于线圈装置的制造方法。

所述技术问题通过在权利要求1中所述的线圈装置和通过在权利要求14中所述的方法所解决。

根据本发明的线圈装置包括圆柱形的支承体和至少两个由超导的带状导体构成的线圈绕组。超导的带状导体具有双连通的拓扑结构(zweifach zusammenhangenden Topologie)，并且在双连通的拓扑结构内包括连续的超导层。此外，超导的带状导体包括两个导体分支，它们在两个反向的螺旋绕组内绕着圆柱形的支承体布置。

关于定义“双连通”在几何的拓扑结构内，在此这种定义应该理解为，超导的带状导体具有带有孔的单连通套环或绕圈(Schlaufe)的拓扑结构。“在双连通的拓扑结构内的连续的超导层”应该理解为一种层，它在整个套环上超导的连接，而不存在具有欧姆接触的联接。

根据本发明的线圈装置能够产生较强的、均匀的和在时间上稳定的磁场，因为这种线圈装置基本上能够无损地在持续短路-模式下工作。

根据本发明的方法提供一种用于具有圆柱形的支承体和超导的带状导体的超导线圈装置的制造方法，超导的带状导体包括至少一个支承带和至少一个超导层。在这种制造方法中，通过在安装超导层之前或之后沿着超导的带状导体的长度方向剪开支承带制造双连通的拓扑结构的超导带状导体，并且双连通的拓扑结构的超导的带状导体以反向的螺旋绕组形式绕着圆柱形的支承体缠绕。

通过根据本发明的制造方法可实现，在双连通的拓扑结构内构成连续的超导层，而无需例如通过钎焊过程或者烧结过程的事后联接。

根据本发明的线圈设备的有利结构设计和改进方案有从属于权利要求1的从属权利要求给出。线圈装置能够相关地具有如下特征：

-因此，超导层包括高T_c温度超导体(Hoch-T_c-Supraleiter)。