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Zentralinstitut für Engineering, Elektronik und Analytik (ZEA)

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Magnetdesign und -vermessung

Ohne Magnetfelder und ohne Magnete wären Anlagen wie Teilchenbeschleuniger, Kernfusionsreaktoren oder Kernspintomografen undenkbar. Für unsere Kollegen aus der Kernphysik, der Fusionsforschung, der Neutronenstreuung oder zur Entwicklung neuartiger Geräte für die Lebenswissenschaften und Medizin planen, entwickeln, berechnen, konstruieren, fertigen und vermessen wir hoch spezialisierte Magnete. Egal, ob es sich um Hochfeldmagnete handelt, die Felder von mehreren Tesla produzieren und in deren Spulen Ströme von mehreren hunderten Ampere fließen, oder um supraleitende Magnete, deren elektrische Leiter auf Temperaturen nahe des absoluten Nullpunktes abgekühlt werden müssen oder um Spezialmagnete, die aus Permanentmagneten aufgebaut sind. 

Ein anderer wichtiger Parameter bei Magneten ist deren Feldhomogenität. Häufig werden, wie bei Magneten für die Kernspintomografie,  nur Abweichungen von Bruchteilen einer Promille vom Mittelwert toleriert. Auch hier sind wir die geeigneten Spezialisten im Forschungszentrum.

Manchmal geht es allerdings darum, Magnetfelder abzuschirmen. Hierfür müssen die störenden Felder entweder durch geeignete Kompensationsspulen reduziert werden oder durch die Verwendung von Sondermetallen wie Mu-Metall. Mit solchen Methoden können die Störfelder wie zum Beispiel das Magnetfeld der Erde um einen Faktor 10000 verringert werden.

 

Magnetfeld im Inneren eines QuadrupolmagnetenDas berechnete resultierende Magnetfeld im Inneren eines Quadrupolmagneten, der aus vier supraleitenden Einzelspulen besteht (links); das in den Leiterbahnen bei einer Stromdichte von 225 A/mm2 erzeugte Feld, erhöht man die Stromdichte weiter, wird der Magnet durch einen sogenannten Quench zerstört (Mitte); Herstellung der Spulenkörper aus GFK-Werkstoff.

 

Halbach-DipolmagnetenRohrstück für die Aufnahme von Permanentmagneten. Das Magnetensemble bildet einen sogenannten Halbach-Dipolmagneten, in dessen Inneren ein sehr homogenes und starkes Magnetfeld herrscht. Rechts Daten der Vermessung des Halbach-Dipolmagneten.

 

Berechnung/Messung von MagnetfeldernLinks: Berechnete Magnetfeldstärke, die durch eine Kombination von starken Permanentmagneten entsteht, rechts oben ein Testbehälter, in den die Magnete eingebaut werden, um die Magnetfelder zu vermessen, rechts unten ist eine gemessene Magnetfeldkarte dargestellt.

 

Links ein CAD-Modell einer supraleitenden Spule für ein Neutronenspektrometer, rechts die Endmontage (Babcock Noell Würzburg) der supraleitenden Spule in den Vakuumbehälter.Links ein CAD-Modell einer supraleitenden Spule für ein Neutronenspektrometer, rechts die Endmontage (Babcock Noell Würzburg) der supraleitenden Spule in den Vakuumbehälter.

 

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