Quench!

Da anni non vedevo un quench, grazie al progresso della tecnologia dei magneti e alla maggiore esperienza; ora, in poco più di una settimana, ne ho subiti tre, e mi è ovviamente venuta voglia di parlarne.

Un magnete superconduttore (SC) è formato da una bobina di filo SC immersa in elio liquido; il filo è superconduttore al di sotto di una certa temperatura detta temperatura critica che dipende, oltre che naturalmente dalle proprietà del filo stesso, dalla corrente che circola e dal campo magnetico in cui si trova il filo: più alti sono corrente e campo, maggiore è la temperatura critica. Alle temperature sopra la temperatura critica i fili SC hanno una resistenza molto alta, e la transizione allo stato di superconduttività è a gradino. Quindi, se una porzione anche piccolissima del filo supera la temperatura critica, la sua resistenza diventa molto alta, si riscalda e riscalda le porzioni di fili adiacenti, innescando una vera e propria reazione a catena. In un tempo brevissimo tutta l’energia accumulata nella bobina durante l’energizzazione viene dissipata in calore, l’elio liquido evapora rapidamente e dal magnete si sprigiona un violento e rumoroso getto di elio gas freddissimo: il magnete è andato in quench!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Oltre ad essere spettacolare, il quench significa un giorno o più di lavoro del tecnico energizzatore che va letteralmente in fumo, e bisogna ricominciare tutto da capo. Ma può anche essere pericoloso: il grande volume di elio evaporato espelle l’ossigeno dalla stanza, e se la percentuale di ossigeno scende sotto il 16% per i presenti c’è un reale rischio di asfissia. Quindi, in caso di quench c’è una sola cosa da fare: uscire immediatamente dalla stanza e aspettare che l’aria torni respirabile. Ogni altra cosa si tenti di fare attorno al magnete è completamente inutile.

La possibilità del quench è naturalmente tenuta in considerazione da chi progetta i magneti SC, e ci sono circuiti e dispositivi che assorbono l’energia dissipata durante il quench evitando danni alla bobina e alla struttura del magnete; non sono a conoscenza di casi di magneti che non è stato possibile rienergizzare dopo un quench.

Durante l’energizzazione la probabilità di quench è massima; il magnete è stressato elettricamente e meccanicamente dalla corrente che sta salendo, il boiloff di elio e’ alto, l’energizzatore è nervoso… tutto conspira verso un quench! Nell’uso normale, una volta energizzato e stabilizzato il magnete, le possibilità di quench sono minime, e nei magneti moderni nulle o quasi.

Due possono essere le cause di quench su un magnete energizzato e stabile, e una è ovvia: la mancanza di elio liquido; l’altra è la presenza di vibrazioni, anche apparentemente di non grande entità, cui venga sottoposto il magnete. In caso di urto con un oggetto metallico il quench è quasi inevitabile, in quanto oltre alle vibrazioni si ha l’effetto della forza magnetodinamica cui è sottoposta la bobina; quindi la raccomandazione di non avvicinare oggetti metallici al magnete è ben giustificata. Per quanto riguarda la mancanza di elio liquido, non c’è molto da dire, oltre a ricordare che il magnete non ha pazienza, e non aspetta: occorre refillarlo entro o poco oltre la scadenza, quindi occorre tenere d’occhio consumo e livello di elio e provvedere per tempo al refill: sempre meglio una settimana o due in anticipo che troppo tardi!

Per maggiori informazioni su magneti S.C., un buon articolo di una ottima rivista:

D.D. Laukien and W. H. Tschopp, Superconducting NMR Magnet Design, Concepts in Magnetic Resonance, 1993 Vol. 6, 255-273

Bene, basta così; devo tornare al mio magnete, sperando che stavolta non faccia scherzi!

 

 

 

 

 

 

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