Principiální omezení magnetické levitace a magnetického zadržování

Abstract

Práce se zabývá problematikou magnetické levitace a magnetického zadržení, především principiálními limity těchto jevů a jejich porovnáním s výkonem běžně používaných levitačních a zadržovacích zařízení. Jsou zavedeny lokální aproximace, které umožňují navrhnout skalární metriky posuzující jejich výkonnost. V navrženém formalismu jsou stanoveny optimalizační problémy pro principiální omezení. Jsou zavedeny a implementovány výpočetní nástroje pro vyhodnocení metrik výkonnosti a určení principiálních limitů pro libovolné proudové nosné oblasti. Jsou rovněž zavedeny a implementovány optimalizační algoritmy. Výše uvedené nástroje jsou použity k nalezení principiálních omezení magnetické levitace pro kruhovou desku, která je následně porovnána s výkonností dvou vybraných realizací. Principiální omezení magnetického zadržování jsou vyhodnoceny pro proudovou oblast ve tvaru koule, válce a krychle. Výkonnost magnetických pastí: baseballové, Ioffeovy-Pritchardovy, hexapólové a kvadrupólové je porovnána s principiální mezí.

The thesis deals with the problem of magnetic levitation and magnetic confinement, mainly with the development of fundamental bounds on these phenomena and their comparison with the performance of commonly used levitation and confinement devices. Local approximations are introduced, which allows the proposal of scalar metrics judging the performance. Optimization problems for the fundamental bounds are established in this formalism. Computational tools are introduced and implemented to evaluate performance metrics and determine fundamental bounds for arbitrary current supporting regions. The optimization algorithms are also introduced and implemented. The aforementioned tools are applied to find the fundamental bound on magnetic levitation for a circular plate, which is then compared to the performance of the two selected realizations. Fundamental bounds on magnetic confinement are evaluated for current support in the form of a sphere, cylinder, and cube. Performance of magnetic traps: baseball, Ioffe-Pritchard, hexapole, and quadrupole are compared with the fundamental bound.