Стабилизация сверхпроводящих магнитных систем - Альтов В.А.
Скачать (прямая ссылка):
пропорциональна размерам соленоида.
Разработанные в дальнейшем, методы борьбы с деградацией тока - методы
стабилизации сверхпроводящих обмоток, рассмотрение которых и является
предметом настоящей книги, позволили преодолеть указанные выше трудности.
Начиная с 1962 г., различные исследователи последовательно предлагали
разные объяснения эффекта деградации тока в сверхпроводящих системах.
Первые попытки основывались на чисто вероятностном подходе, базирующемся
на рассмотренном выше представлении о "слабом" участке сверхпроводящей
проволоки. Однако затем было показано, что объяснение эффекта деградации
тока с этих позиций содержит неустранимые противоре-
I
\ в
0 0,5 1,0 1,5 т
Рис. 3-10. Зависимость критического тока от индукции магнитного поля
соленоида.
5-865
65
чия. Попытка объяснить указанный эффект перемещением витков обмотки также
не смогла установить причины всех явлений, связанных с деградацией тока.
Истолкование этого эффекта с позиций возможности перехода обмотки в
нормальное состояние, вызванного тепловыделением в процессе
намагничивания, также не может полностью объяснить всех явлений
деградации. Однако это объяснение ближе других перечисленных к принятой в
настоящее время трактовке эффекта. Наиболее распространенным в настоящее
время является истолкование эффекта деградации на основе рассмотренного
выше представления о скачке потока как о причине появления нормальной
зоны в обмотке. Эта точка зрения на природу эффекта деградации тока
является, по-видимому, наиболее близкой к действительности. Во всяком
случае методы борьбы с деградацией, основанные на этой концепции (методы
стабилизации сверхпроводников) привели к блестящим результатам.
3-5. СТАБИЛИЗАЦИЯ СВЕРХПРОВОДНИКОВ И ЕЕ ВИДЫ
В § 3-3 было отмечено, что оптимальным методом защиты сверхпроводящих
магнитных систем является стабилизация. Стабилизацией сверхпроводников
называется система защитных мероприятий, направленных на снижение
вероятности возникновения нормальной зоны или на предотвращение
распространения этой зоны по обмотке, если она по тем или иным причинам
появилась.
Известные методы стабилизации сверхпроводников можно разделить в
зависимости от решаемых задач на две основные группы: тепловая (или
криостатическая) стабилизация и внутренняя стабилизация.
Тепловая стабилизация сверхпроводника позволяет исключить распространение
нормальной зоны по обмотке системы при появлении в обмотке зародыша
нормальной зоны вне зависимости от того, какими причинами вызвано
появление нормальной зоны ("катастрофический" скачок потока, перемещение
витков обмотки под действием магнитных сил, разогрев контактного
сопротивления и др.).
Внутренняя стабилизация решает только часть этой задачи; она позволяет
исключить переход сверхпроводящей обмотки в нормальное состояние,
обусловленный скачком потока при /</с, и, следовательно, обеспечива-66
е? достижение в обмотке системы такой же плотности тока, как и в коротком
образце. Однако если нормальная зона появится в обмотке не вследствие
скачка потока, а по какой-либо другой причине, то внутренняя стабилизация
не сможет предотвратить неизбежный в этом случае переход всей обмотки в
нормальное состояние. Отсюда очевидно, что метод внутренней стабилизации
является менее универсальным, чем метод тепловой стабилизации.
Различные методы стабилизации реализуются с помощью различных конструкций
проводников, используемых для намотки сверхпроводящих устройств. Будем в
дальнейшем называть комбинированным проводником такой проводник, в
котором часть поперечного сечения занята сверхпроводящим материалом
(неидеальный сверхпроводник II рода), а часть - нормальным металлом
(медь, алюминий и др.). Комбинированный проводник обычно выполняется либо
в виде кабеля, в котором сверхпроводящие жилы скручены с жилами из
нормального металла и замоноличены наполнителем из нормального металла
(например, индия), либо в виде матрицы из нормального металла, в которой
размещены одна или несколько сверхпроводящих жил.
Метод тепловой стабилизации состоит в шунтировании сверхпроводника
некоторым количеством нормального металла, обладающего хорошими тепловой
и электрической проводимостями. При возникновении в обмотке нормальной
зоны ток, текущий по сверхпроводнику, вытесняется в шунтирующий металл и
обходит нормальный участок. При определенных рассматриваемых ниже
условиях возникшая нормальная зона после устранения причин, вызвавших ее
появление, исчезает ("схлопыва-ется"). Сверхпроводник возвращается в
сверхпроводящее состояние и способен опять нести транспортный ток.
Методы внутренней стабилизации направлены на предотвращение повышения
температуры сверхпроводника до ТС(В, I) в результате тепловыделения,
обусловленного скачком потока. Это достигается либо путем уменьшения
величины этого тепловыделения, либо путем увеличения теплоемкости
проводника при данном тепловыделении.
Первый метод (будем называть его собственно внутренней стабилизацией)
