Стабилизация сверхпроводящих магнитных систем - Альтов В.А.
Скачать (прямая ссылка):
зависимость критического тока от температуры при 5 = const с приемлемой
степенью точности можно считать линейной. Следовательнс^ можно записать:
WbL=1_t-t (4.3)
' СВ * СО • в
Из вышеизложенного ясно, что если по комбинированному проводнику течет
ток /</св, то сверхпроводник находится в сверхпроводящем состоянии,
через него протекает весь ток и температура комбинированного
про-
водника равна температуре окружающей среды (гелиевой ванны) 7V Если ток в
комбинированном проводнике увеличить, то по достижении значения /с весь
сверхпроводник перейдет в нормальное состояние и его температура
существенно превысит Тв. В соответствии со сказанным выше ток / полностью
вытесняется в подложку, ток в сверхпроводнике при этом отсутствует.
Поскольку подложка, выполненная из нормального металла, обладает
определенным электрическим сопротивлением (хотя и на несколько порядков
меньшим, чем сопротивление сверхпроводника в нормальном состоянии), при
протекании через подложку тока /с в ней на единице ддины проводника
выделяется джоулево тепло
<ЭДж = РI2JA, (4-4)
где р - удельное сопротивление материала подложки; А - сечение подложки.
Очевидно, что это тепло будет отводиться в гелиевую ванну и тепловое
равновесие в рассматриваемой систе-' ме установится при такой температуре
Т, при которой тепловой поток с поверхности комбинированного проводника в
гелиевую ванну станет равным джоулевому тепловыделению в подложке:
HP (Т Т'в) (4-5)
где h - коэффициент теплоотдачи с поверхности проводника в гелиевую
'ванну; Р - периметр комбинированного проводника.
73
У
Температура, при которой устанавливается указанное тепловое равновесие,
зависит от удельного сопротивления подложки р, коэффициента теплоотдачи
h, периметра подложки Р и от ее поперечного сечения А. Если р = const и
h=const, то Т можно изменять, изменяя А и Р. Понятно, что чем больше доля
нормального металла в комбинированном проводнике, т. е. чем больше А, тем
меньше джоулево тепловыделение. Чем больше периметр проводника Р, тем
больше тепловой поток с его поверхности; следовательно, чем больше А и Р,
тем меньше равновесная температура Т.
В зависимости от значений Л и Я при данных р и h возможны различные
рассматриваемые ниже ситуации.
1. Если количество нормального металла в комбинированном проводнике
мало, то после того, как по достижении током значения /с он вытеснился в
подложку, тепловое равновесие устанавливается при температуре
комбинированного проводника Т>Тсо- В этом случае ток течет только по
подложке. Уравнение теплового баланса с учетом (4-4) и (4-5) записывается
в следующем виде:
Хотя сверхпроводник перешел в нормальное состояние при /=/с, дальнейшее
уменьшение тока (т. е. устранение причины, которая привела к переходу
сверхпроводника в нормальное состояние) не приведет в рассматриваемом
случае к возвращению в сверхпроводящее состояние. Это происходит потому,
что в определенном интервале значений тока при /</св джоулево
тепловыделение в подложке настолько велико, что равновесная температура Т
комбинированного проводника оказывается выше, чем Тс. Из (4-6) очевидно,
что эта равновесная температура станет равна температуре Тс при
уменьшении тока до величины
2. Если увеличивать количество нормального метал-1 ла в
комбинированном проводнике и развивать его поверхность, то при
определенных значениях А и Р тепловое равновесие установится при
температуре комбинированного проводника Т=Тсо¦ В этом случае, как и в
случае 1, сверхпроводник находится в нормальном со-
74
}1Р(Т-ТЪ) = Р/11А.
(4-6)
(4-7)
стоянии и весь ток /св течет только по подложке. Уравнение теплового
баланса имеет вид:
hP(Tco-TB) = PI2JA. (4-8)
3. Если еще больше увеличить значения А и Р, то тепловое равновесие
наступит при температуре комбинированного проводника Т<Тсо. Этот случай
нуждается в детальном рассмотрении. Выше предполагалось, что после
превышения током в комбинированном проводнике величины /св сверхпроводник
переходит в нормальное состояние и весь ток вытесняется в подложку.
Однако, поскольку в рассматриваемом случае равновесная температура
комбинированного проводника оказывается меньшей, чем критическая
температура сверхпроводника Тсо в данном поле при нулевом токе,
сверхпроводник возвращается в сверхпроводящее состояние. Разница
заключается лишь в том, что если ранее (до перехода) его температура была
равна температуре гелиевой ванны Тъ, то теперь эта температура находится
в диапазоне ТВ<Т<ТС.
Очевидно, что если сверхпроводник возвратился в сверхпроводящее
состояние, то он вновь способен нести ток переноса; в соответствии с этим
часть тока из подложки возвращается в сверхпроводник. Поскольку при этом
уменьшаются доля тока, протекающего по подложке и, следовательно,
связанная с ней мощность джоуле-вого тепловыделения в проводнике,
указанный процесс возвращения тока в сверхпроводник длится до тех пор,
пока не установится новая равновесная температура комбинированного
