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Applications magnétoélectri...

Table des matières

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Applications magnétoélectriquesdes supraconducteurs 1
Avant-propos 7
Remerciements 9
Table des matières 11
1.1 – Conditions requises pour une utilisation « industrielle » des fils et câbles supraconducteurs 23
1. Introduction 23
1.2 – Longueurs caractéristiques 24
1.3 – Comportement magnétique des supraconducteurs 26
1.4 – Milieu anisotrope 29
1.5 – Transport du courant 31
1.6 – Les fils supraconducteurs opérationnels 34
2. Structuration des fils et câbles supraconducteurs 39
2.1 – Du filament au câble supraconducteur 40
2.2 – Pourquoi des brins composés de filaments de petit diamètreplutôt que des fils uniques ? 41
2.3 – Pourquoi noyer les filaments dans une matrice de cuivre ? 48
2.4 – Pourquoi torsader les brins ? 49
2.5 – Quel diamètre de brin choisir ? Avec quelle fraction de cuivre ? 53
2.6 – Groupement en câbles 58
3. Fils et câbles supraconducteurs métalliques Nb – Ti, Nb3Sn, MgB2 65
3.1 – Propriétés physico-métallurgiques de l’alliage Nb – Ti 66
3.2 – Processus de fabrication des brins et des câbles Nb – Ti 71
3.3 – Propriétés physico-métallurgiques du composé Nb3Sn 79
3.4 – Procédés de fabrication des brins et des câbles Nb3Sn 82
3.5 – Fils supraconducteurs MgB2 92
4. Fils et câbles supraconducteurs à haute température critique (HTS) 103
4.1 – Spécificité des cuprates HTS 104
4.2 – Rubans BSCCO (rubans de première génération – 1G) 111
4.3 – Rubans REBaCuO (rubans de seconde génération – 2G) 119
4.4 – Câbles de supraconducteurs HTS 130
5. Quelques éléments de cryogénie 139
5.1 – Le cryostat 140
5.2 – Rendement énergétique de réfrigération 140
5.3 – Les matériaux 141
5.4 – Cryogénérateurs 144
5.5 – Les liquides cryogéniques 145
5.6 – Refroidissement par He-I liquide saturé 148
5.7 – Refroidissement par circulation d’hélium supercritique 153
5.8 – Refroidissement par hélium superfluide (He-II) 154
5.9 – Très basses températures 156
6.1 – Généralités sur les bobines supraconductrices 157
6. Aimants supraconducteurs 157
6.2 – Bobines supraconductrices pour mesures en laboratoire 162
6.3 – Champs magnétiques très intenses 162
7. Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) 173
7.1 – Principes physiques de l’IRM 174
7.2 – IRM et supraconductivité 182
7.3 – Potentialités et futur de l’IRM 188
7.4 – Spectroscopie RMN 190
8. Le grand collisionneur de hadrons (LHC) 195
8.1 – Présentation générale du LHC 195
8.2 – Guidage des protons : aimants dipolaires 197
8.3 – Focalisation des faisceaux : aimants quadripolaires 204
8.4 – Modules d’accélération 206
8.5 – Répartition des aimants 210
8.6 – Cryogénie au LHC 211
8.7 – Détecteurs de particules au LHC 213
9. Réacteurs à fusion – Projet ITER 219
9.1 – La fusion par confinement magnétique 219
9.2 – ITER 223
9.3 – Les aimants ; leur rôle respectif 225
9.4 – Quelques éléments techniques sur les bobines de ITER 228
9.5 – Quelques autres TOKAMAK 236
9.6 – Confinement en stellarator (exemple W7-X) 238
10. Supraconductivité et réseaux électriques 241
10.1 – Câbles supraconducteurs de puissance 241
10.2 – Limiteurs de courant supraconducteurs 251
10.3 – Transformateurs supraconducteurs 258
11. Applications de la supraconductivité en électromécanique 263
11.1 – Paliers supraconducteurs 263
11.2 – Trains à sustentation magnétique 267
11.3 – Cryomoteurs supraconducteurs 273
11.4 – Moteurs à supraconducteurs massifs 280
11.5 – Propulsion magnétohydrodynamique (MHD) 283
11.6 – Stockage de l’énergie 284
Annexe. Le courant critique dans lessupraconducteurs de type II 289
A.1 – Vortex d’Abrikosov 289
A.2 – Mécanismes d’ancrage 292
A.3 – Élasticité du réseau de vortex 299
A.4 – Densité de force d’ancrage volumique 300
A.5 – Densité de courant critique 304
A.6 – Vortex en milieu anisotrope 306
A.7 – Liquéfaction des vortex 311
A.8 – Diagramme des phases des vortex en présence de défauts 315
A.9 – Densité de courant critique dans les cuprates HTS 316
A.10 – Conséquences pratiques des phénomènes de désancrage et de liquéfaction des vortex 320
A.11 – Ancrage collectif faible 321
Notations 331
Index 337

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