Стабилизация сверхпроводящих магнитных систем - Альтов В.А.
Скачать (прямая ссылка):
состоит в дроблении сверхпроводника на жилы малого диаметра {Л. 3-10].
Поскольку
5*
67
интенсивность скачка потока уменьшается с уменьшением диаметра
сверхпроводящей жилы (см. гл. 2), при определенном диаметре жилы (обычно
несколько микрометров) "катастрофический" скачок потока становится
невозможным или, по крайней мере, освободившейся в результате энергии
оказывается недостаточно, чтобы повысить температуру сверхпроводника до
критической.
Другой метод внутренней стабилизации - энталь-пийная (или адиабатная)
стабилизация - реализуется включением в проводник компонентов (Л. 3-11],
имеющих высокую объемную теплоемкость (например, свинца). В данном случае
происходит улучшение условий аккумулирования тепла и, следовательно,
уменьшение максимальной температуры, достигаемой вследствие
тепловыделения при скачке потока.
Существует еще один путь ограничения максимальной температуры проводника
при тепловыделении, обусловленном скачком потока. Если уменьшить скорость
этого тепловыделения, т. е. "растянуть" выделение одного и того же
количества тепла во времени, то при той же скорости отвода тепла
максимальная температура проводника будет меньше, чем при обычной
скорости тепловыделения.
Идея "растягивания" скачка потока лежит в основе предложенного П.
Честером [Л. 3-12] метода электродинамической стабилизации. В процессе
перераспределения магнитной индукции по сечению сверхпроводника,
происходящем при скачке потока, в соответствии с правилом Ле-Шателье -
Брауна [Л. 3-3] действуют факторы, препятствующие этому
перераспределению, а именно в нормальном металле комбинированного
проводника наводятся вихревые токи, демпфирующие процесс
перераспределения индукции. Поэтому чем выше электрическая проводимость
нормальной компоненты комбинированного проводника, тем медленнее затухают
эти вихревые токи и тем, следовательно, на больший промежуток времени
"растягивается" скачок потока. Отсюда очевидно, что для реализации такого
метода стабилизации необходимо ввести в состав проводника нормальный
металл с минимальным удельным сопротивлением (медь или алюминий высокой
степени чистоты).
К методам внутренней стабилизации в известной степени можно отнести и
метод нестационарной стабилизации. Этот метод некоторой степени сходен с
методом
68
энтальпийной стабилизации, но если в последнем случае теплоемкие
компоненты введены в состав комбинированного проводника, то при
нестационарной стабилизации теплоемкий материал- не является составной
частью собственно проводника. Прокладки из материала, имеющего достаточно
высокую объемную теплоемкость (медь, алюминий, свинец, кадмий),
размещаются между слоями обмотки сверхпроводящей магнитной системы [Л. 3-
13, 3-14]. Основная идея этого метода стабилизации состоит в том, что
тепловой поток от проводника к теплоемкой прокладке может превышать
критический тепловой поток к гелиевой ванне. Столь интенсивный теплоотвод
обеспечивает снижение максимальной температуры, которая достигается при
тепловыделении, сопровождающем скачок потока. Метод нестационарной
стабилизации имеет ряд общих черт с методом тепловой стабилизации.
Следует подчеркнуть, что проведенное выше рассмотрение различных методов
стабилизации изолированно друг от друга является в известной степени
абстракцией, так как в действительности факторы, являющиеся признаками
различных методов стабилизации, зачастую действуют одновременно. Кроме
того, обычно на практике не применяют какой-либо один вид стабилизации, а
используют их комбинацию.
Использование различных методов стабилизации сверхпроводящих обмоток не
исключает применения рассмотренных выше систем защиты. Очевидно, что при
эксплуатации крупных сверхпроводящих магнитных систем, обладающих большой
запасенной энергией, возможны аварийные ситуации (например, потеря
охлаждения участком обмотки), требующие немедленной эвакуации энергии из
магнитной системы. Поэтому в реальных конструкциях применяют комплекс
защитных мероприятий, включающий в себя как те или иные методы
стабилизации, так и методы, предотвращающие разрушение обмотки в случае
непредвиденного перехода ее в нормальное состояние.
ЧАСТЬ II
МЕТОД ТЕПЛОВОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ
Глава четвертая
РАВНОВЕСИЕ НОРМАЛЬНОЙ ЗОНЫ В КОМБИНИРОВАННЫХ ПРОВОДНИКАХ ПРИ
ИЗОТЕРМИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ
4-1. МОДЕЛЬ СТАБИЛИЗИРОВАННОГО СВЕРХПРОВОДНИКА
ПО СТЕКЛИ
Тепловой (криостатической) стабилизацией называется система защитных
мероприятий, предотвращающих аварийный переход сверхпроводящего
устройства в нормальное состояние при появлении нормальной зоны в
сверхпроводящей обмотке.
Как уже указывалось, основная идея метода тепловой стабилизации состоит в
армировании сверхпроводника нормальным металлом с высокими электрической
и тепловой проводимостями. При этом сверхпроводник оказывается
шунтированным нормальным металлом и в случае появления нормальной зоны
ток, текущий по сверхпроводнику, "обходит" эту зону по шунту (обычно
именуемому подложкой).
