Стабилизация сверхпроводящих магнитных систем - Альтов В.А.
Скачать (прямая ссылка):
учитывалась, так как для упрощения предполагалось, что глубина
проникновения намного меньше толщины нормальных слоев. Такое 'приближение
вполне приемлемо только для небольших коэффициентов заполнения Ks- В
общем случае следует отнести к толщине нормальной области и некоторую
долю толщины сверхпроводника, 'поскольку магнитный поток, прежде чем
проникнуть в сверхпроводник, должен .пересечь в продольном направлении
весь слой нормального металла. Поэтому при оценке потерь следует учесть
энергию магнитного поля во всем объеме проводника, а не только в его
нормальных областях. Кроме того, собственное время проникновения то
также, вообще говоря, следует увеличить 'примерно в (l+Ks/Ки) раз,
поскольку эквивалентная индуктивность с учетом потока в сверхпроводнике
возрастает примерно в этом отношении *.
Точность оценок должна быть несколько выше для случая малых колебаний
поля вокруг некоторого значения, з особенности если глубина проникновения
переменной составляющей в сверхпроводник мала .по сравнению с диаметром
жилы. Если поле меняется по закону H=H0+Hlsmwt, то, используя соотношение
(11-24), можно получить следующую формулу для мощности потерь в
нормальном металле:
Q = J ^dt ~ (11 -27)
о
где IKj - "магнитная энергия" переменной составляющей поля, равная р0Н\
Shf 2.
Как и в предыдущем случае, для больших амплитуд Н1 величины то и Wi
должны относиться ко всему объему проводника и точность оценок здесь
снова понижается.
Пользуясь формулой (11-26) или (11-27), можно приближенно оценивать
допустимую скорость роста поля
1 Эти поправки вводятся здесь, конечно, недостаточно строго, причем даже
отделение потерь в нормальном металле от потерь в сверхпроводнике также
не является вполне последовательным.
307
или частоту (и амплитуду) переменной составляющей поля, принимая,
например, что дополнительные потери в нормальном металле при этой частоте
(скорости роста) становятся равными потерям в сверхпроводнике. Ясно, что
максимально возможная скорость роста (частота изменения) поля
определяется собственным временем проводника то, так как при более
быстрых процессах проникновение поля будет происходить не вдоль
проводника, а по его радиусу, т. е. так, как в проводнике без скрутки.
Для характеристики допустимой скорости изменения внешнего поля часто
'вводят также понятие критического шага скрутки. Этому критическому шагу
соответствует определенная заданная скорость изменения внешнего ноля
AHfAt, при которой разность"значений поля на противоположных сторонах
сверхпроводящей жилы во внешнем слое проводника равна 2Ыс, т. е. когда
ток в этой жиле соответствует критическому значению. Понятно, что при
больших скоростях изменения поля сверхпроводимость внешних жил будет
разрушаться током и проникновение поля будет происходить поперек
направления проводника. Таким образом, для критического шага допустимая
скорость изменения поля равна примерно dJc/to, где d - полуширина
проводника, а величина то определяется вторым из соотношений (9-6).
В транспонированных проводниках характеристики потерь в нормальном
металле в основном соответствуют их характеристикам в скрученных
проводниках, хотя уровень 'потерь определяется в большей степени набором
значений времен проникновения, максимальное из которых соответствует шагу
полного транспонирования. Шагом полного транспонирования называется
растояние по оси проводника, через .которое отдельная жила, пройдя через
все положения, занимаемые другими жилами, вновь возвращается в исходное
положение. Из-за весьма сложной геометрической структуры
транспонированного проводника сколько-нибудь детальный расчет потерь
является затруднительным.
Для любого конкретного комбинированного проводника потери в изменяющемся
поле можно достаточно надежно оценить, измеряя намагниченность проводника
в интересующем диапазоне полей, амплитуд и частот переменной
составляющей. Потери пропорциональны площади петли 'гистерезиса
зависимости М{Н). Результаты
308
\
подобных измерений (J1. 11-1] в Целом достаточно хорошо подтверждают
изложенные здесь простые соображения и оценкц величины потерь.
Для уменьшения собственного времени проникновения поля в комбинированных
проводниках, предназначенных для получения изменяющихся нолей, можно
использовать и качестве материала матрицы сплавы с низкой электрической
проводимостью. Однако применение подобных проводников в сколько-нибудь
крупных магнитных системах связано со значительными трудностями, так как
при случайном переходе в нормальное состояние обмотка системы будет
повреждена (см. § 3-1). Оказывается, кроме того, что такие проводники
необычайно чувствительны к возможным смещениям витков внутри обмотки,
поскольку без надежной пропитки критические токи в обмотках оказываются
весьма малыми. Это обстоятельство, по-видимому, связано с тем, что отвод
тепла от деформируемых участков комбинированного проводника, не
снабженного покрытием с хорошей теплопроводностью, затрудняется.
