¿Cómo puedo poner una corriente permanente en un bucle superconductor?

En realidad, la inducción funciona, aunque a menudo se usa de manera un poco diferente a como lo describiste. Puede colocar un bucle superconductor tibio en una bobina normal. A medida que enciende la bobina, habrá algo de corriente dentro del superconductor, pero como aún no está frío, esta corriente se apaga rápidamente. Luego enfría el superconductor por debajo de su temperatura crítica. Cuando ahora apaga la bobina normal, el cambio de flujo induce una corriente en el bucle superconductor. Esta corriente llegó para quedarse.

Con los devanados de bobina adecuados, puede obtener corrientes bastante grandes, pero no podrá llegar a las energías de campo que se necesitan en las máquinas de RMN o MRI. Estos imanes están energizados (a veces llamados "cargados") de manera diferente. El truco consiste en hacer que parte del bucle se conduzca normalmente durante la carga y luego "cerrar el bucle" cuando la bobina está energizada.

Si quieres conocer detalles, este es el esquema eléctrico de cómo se hace:

Utilicé valores de un imán NMR típico de 5 Tesla que energicé hace unos años.

Dejaré de lado todos esos molestos detalles que hacen que cargar un imán superconductor real sea una molestia. El procedimiento se reduce a esto:

1. Comience con el suministro de corriente y la fuente de voltaje.$V_1$en estado apagado. Enfríe el criostato hasta que los cables superconductores (sc) estén por debajo de su temperatura crítica. La mayoría de los imanes utilizan NbTi, que tiene una temperatura crítica de 9 Kelvin. Puede alcanzar esta temperatura sumergiendo las bobinas en helio líquido, que hierve a 4 Kelvin.
2. Encienda el suministro de voltaje$V_1$. Esto envía una pequeña corriente a través$R_1$, creando una pequeña cantidad de calor (10 mW). Una parte de este calor calentará el cable sc adyacente para que se vuelva conductor normal (nc), lo que significa que tendrá una resistencia de unos pocos ohmios en ese punto en particular. Llamemos a esta parte el "punto caliente".
3. Marque la corriente máxima que la bobina puede tomar (30 A) en la fuente de corriente y establezca su límite de voltaje a no más de$V_\text{charge} = 1\,\text{V}$; luego enciéndelo. (Nota al margen: el límite de bajo voltaje en realidad hace que la fuente de corriente sea una fuente de voltaje durante el aumento). El voltaje de carga se aplica a través de la bobina y el "punto calentado". Produce dos efectos:
   • Una corriente constante $$I_\text{heated point} = \frac{V_\text{charge}}{R_\text{heated point}} \approx 200\,\text{mA}$$ fluirá a través del "punto calentado" y continúa calentándolo. El calentador externo se puede apagar en este punto ajustando$V_1$a 0.
   • La corriente en la bobina aumentará a una tasa de $$\frac{dI_\text{coil}}{dt} = \frac{V_\text{charge}}{L} \approx 5\,\text{mA/s}\,$$ porque la autoinductancia de la bobina "empuja" contra un cambio de corriente.
4. Después de 100 minutos, la fuente de corriente estará en 30 A. Dado que la corriente ya no cambia, el único voltaje que la fuente de corriente necesita aplicar es la pequeña cantidad necesaria para empujar 30 A a través de la parte conductora normal (nc) de Los cables. La caída de voltaje en la bobina y en el punto calentado ahora es 0. Toda la corriente fluye desde la fuente de corriente a través de la bobina y luego regresa a la fuente de corriente.
5. Debido a que ya no pasa corriente a través del "punto calentado", esta parte del cable ya no se calienta. A medida que su temperatura desciende hasta la temperatura del criostato, rápidamente (en cuestión de segundos) vuelve a ser superconductora.
6. Disminuya (no demasiado rápido, tal vez dentro de unos minutos, solo para estar seguro) la corriente de la fuente actual. ¡La bobina ahora es parte de un bucle superconductor, por lo que su corriente permanecerá constante! La corriente que ya no pasa por la fuente de corriente solo pasa por la ruta de retorno (anteriormente calentada) del superconductor.

Con el bucle cerrado, el imán ahora está en modo "persistente", por lo que la corriente continúa para siempre. Bueno, no del todo para siempre, por lo general hay un poco de resistencia que conduce al "deslizamiento del flujo". Para el imán que estoy usando, este es un valor inusualmente bajo de$10^{-11}$Ohm , lo que hace que la corriente decaiga con una constante de tiempo de unos 100 000 años. El diseñador del imán especula que esta resistencia es causada por la soldadura que se necesita para convertir el cable en un bucle (vea el enlace de arriba, cerca del final del documento). Otras razones que se dan a menudo para este efecto involucran detalles que son específicos de los superconductores de tipo II.