NMR over 1 GHz (23.5 T) level has difficulties in design and fabrication with only low temperature superconducting (LTS) wire because of its material characteristics such as the decay of critical current under the magnetic field. Because High temperature superconducting (HTS) tape has a good performance under the extremely high magnetic field, it has been developed for high-field magnet over 23.5 T. In this paper, the LTS magnet was made for applying magnetic fields externally and the HTS coil was designed and fabricated. The electromagnetic field analysis has been done with respect to the structure and the operating current of the LTS and HTS coil. Considering to the field homogeneity and the center field, the design parameters which is suitable for the HTS coil were found. The HTS insert coil was impregnated with epoxy resin in order to prevent the movement of winding during energizing the magnet. The hybrid magnet (LTS/HTS) magnet was fabricated and tested based on the design parameters. The experimental result shows that the LTS background magnet and the HTS insert coil can be operated stable beyond 220 A and 210 A. The final value 4.32 T at the center was acquired.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.56
no.6
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pp.1035-1038
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2007
We designed and manufactured a 1.8T high temperature superconducting(HTS) insert coil for a NMR magnet operated at 4.2 K. Suitable HTS superconductor and HTS coil were carefully designed and developed. We have selected multi-filamentary Bi2223 conductor fabricated by American Superconductor Corporation(AMSC). The selected conductor consists of Bi2223 filaments of 55, silver stabilizer and stainless steel reinforcement tapes. Therefore, it shows good hoop strength as well as compression tolerance. The conductor has a tape cross-section of 0.31mm x 4.8mm. the Bi2223 conductor shows large anisotropy of critical current. The critical current of conductor in magnetic field parallel to the flat surface are much higher than that in magnetic field perpendicular. The HTS coil has an inner diameter of 78 mm, an outer diameter of 127 mm and a coil length of 600 mm. In this paper, the detailed design, fabrication and test results on the HTS insert coil are presented.
고해상도의 NMR 연구 개발을 위해서는 고자장의 마그넷연구가 선행되어야 한다. 고자장을 구현하기 위해서는 저온초전도체를 이용한 마그넷뿐만이 아니라 고온초전도체를 이용한 인서트 코일의 연구가 필요하다. 연세대학교에서는 국가지정연구실사업으로 단백질 구조 규명의 초고자장 NMR 실현을 위한 고온초전도 인서트 코일 기술연구를 진행하고 있다. 본 논문에서는 고온초전도 인서트 코일 연구를 위해 제작할 LTS background magnet과 HTS 인서트 코일에 대한 전자장 해석을 진행하였다. 균일도나 선재 사양 등의 주요 변수 등을 고려하여 LTS background magnet과 HTS 인서트 코일에 적합한 사양을 결정하도록 하였다.
This paper describes a model flux pump experiment recently performed at the MIT Francis Bitter Magnet Laboratory. The results of the model flux pump will be used in the development of a prototype flux pump that will be couple to a high-temperature superconductor (HTS) insert coil of a high-field NMR (Nuclear Magnetic Resonance) magnet, Such an HTS insert is unlikely to operate in persistent model because of the conductors low index(n) The flux pump can compensate fro field decay in the HTS insert coil and make the insert operate effectively in persistent mode . The flux pump, comprised essentially of a transformer an two switches. all made of superconductor, transfers into the insert coil a fraction of a magnetic energy that is first introduced in the secondary circuit of the transformer by a current supplied to the primary circuit. A model flux pump has been designed. fabricated, and operated to demonstrate that a flux pump can indeed supply a small metered current into a load superconducting magnet. A current increment in the range of microamperes has been measured in the magnet after each pumping action. The superconducting model flux pump is made of Nb$_3$ Sn tape, The pump is placed in a gaseous environment above the liquid helium level to keep its heat dissipation from directly discharged in the liquid: the effluent helium vapor maintains the thermal stability of the flux pump.
Choi, Kyeongdal;Lee, Seyeon;Kim, Woo-Seok;Lee, Sang Min
Progress in Superconductivity and Cryogenics
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v.15
no.4
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pp.44-47
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2013
We had proposed a winding method so called "Wind-and-Flip", which enables a persistent current operation of an HTS pancake coil without any electrical joint. In order to improve the magnetic field drift characteristics, a prototype HTS coil with the technique was fabricated, and tested under various temperatures. Because the coil doesn't have any electric terminals for current leads, an HTS background magnet was used to induce the persistent current in the coil by field cooling process. A conduction cooling system with a GM cryocooler was prepared to keep the operating temperatures of the prototype coil much below the 77 K. We investigated the magnetic field drift characteristics under the various operating temperatures by measuring the center magnetic field with a cryogenic Hall sensor. The persistent current mode operation at 20 ~ 50K showed a strong possibility of the winding technique for the application such as MRI or NMR.
To obtain Nuclear Magnetic Resonance (NMR) measurement of membrane protein, an NMR magnet is required to generate high intensity, homogeneity, and stability of field. A High-Temperature Superconducting (HTS) magnet is a promising alternative to a conventional Low-Temperature Superconducting (LTS) NMR magnet for high field, current density, and stability margin. Conventionally, an HTS coil has been wound by several winding techniques such as Single-Pancake (SP), Double-Pancake (DP), and layer-wound. The DP winding technique has been frequently used for a large magnet because long HTS wire is generally difficult to manufacture, and maintenance of magnet is convenient. However, magnetic field generated by the slanted turns and the splice leads to field inhomogeneity in Diameter of Spherical Volume (DSV). The field inhomogeneity degrades performance of NMR spectrometer and thus effect of the slanted turns and the splice should be analyzed. In this paper, field gradient of HTS double-pancake coils considering the slanted turns and the splice was calculated using Biot-Savart law and numerical integration. The calculation results showed that magnetic field produced by the slanted turns and the splice caused significant inhomogeneity of field.
Inserted HTS (high temperature superconducting) coil is promisingly expected as a solution for achievement of higher fields such as GHz scale NMR magnet. However, HTS magnet causes persistent current decay in the persistent current mode and this decay should be compensated in order to keep stable magnetic field. As a solution for the decay in the HTS magnets, we proposed a new type superconducting power supply, i.e., linear type magnetic flux pump (LTMFP). The LTMFP mainly consists of DC bias coil, 3-phase AC coil and superconducting Nb foil. The compensating current in closed superconductive circuit can be easily controlled by the intensity of 3-phase AC current and its frequency. In this study, it has been investigated that the flux pump can effectively charge the current for various frequencies according to the different load magnets.
In, Sehwan;Hong, Yong-Ju;Yeom, Hankil;Ko, Junseok;Kim, Hyobong;Park, Seong-Je
Progress in Superconductivity and Cryogenics
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v.18
no.1
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pp.59-63
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2016
The superconducting NMR magnets have used cryogen such as liquid helium for their cooling. The conduction cooling method using cryocoolers, however, makes the cryogenic cooling system for NMR magnets more compact and user-friendly than the cryogen cooling method. This paper describes the thermal and structural analysis of a cryogenic conduction cooling system for a 400 MHz HTS NMR magnet, focusing on the magnet assembly. The highly thermo-conductive cooling plates between HTS double pancake coils are used to transfer the heat generated in coils, namely Joule heating at lap splice joints, to thermal link blocks and finally the cryocooler. The conduction cooling structure of the HTS magnet assembly preliminarily designed is verified by thermal and structural analysis. The orthotropic thermal properties of the HTS coil, thermal contact resistance and radiation heat load are considered in the thermal analysis. The thermal analysis confirms the uniform temperature distribution for the present thermal design of the NMR magnet within 0.2 K. The mechanical stress and the displacement by the electromagnetic force and the thermal contraction are checked to verify structural stability. The structural analysis indicates that the mechanical stress on each component of the magnet is less than its material yield strength and the displacement is acceptable in comparison with the magnet dimension.
The linear type flux pump aims to compensate a little bit decremental persistent current of the HTS magnet in NMR and MRI spectrometers. The flux pump mainly consists of DC bias coil, 3-phase AC coil and Nb foil. The persistent current in closed superconductive circuit can be easily adjusted by the 3-phase AC current, its frequency and the DC bias current. In the experiment, it has been investigated that the flux pump can effectively charge the current in the load coil of 543 mH for various frequencies in 18 minutes under the DC bias of 10 A and the AC of 5 $A_{rms}$. The maximum magnitudes of pumping current and load magnet voltage are 0.72 A/min and 20 ㎷, respectively. Based on simulation results by the FEM are proved to nearly agree with experimental ones.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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