Стабилизация сверхпроводящих магнитных систем - Альтов В.А.
Скачать (прямая ссылка):
тока сверхпроводник переходит в нормальное состояние и в первый момент
веер трк /-/св вытесняется в подложек 83
ку. При . этом, как отмечалось выше, равновесная температура
комбинированного проводника Т оказывается меньше критической температуры
Тсо. Сверхпроводник переходит в резистивное состояние, и часть тока
возвращается из подложки в сверхпроводник. В этих равновесных условиях,
когда ток делится между сверхпроводником и подложкой, в определенном
интервале токов температура комбинированного проводника удовлетворяет
условию Тв<Т<Тсо-
V L 1,0\ cc=0,ZS7j °'У / \75/\ /
1,5/ а ~ 2,о/\ ' 1
V сс<1 / / / / / у 777
._ 7 / / / . j
о 1 im г о 1 г
Рис. 4-4. Вольт-амперная характеристика комбинированного проводника при
а<1.
Рис. 4-5. Семейство вольт-амперных характеристик комбинированного
проводника при различных значениях а.
При некотором токе im и при а<1 равновесная температура проводника
достигает значения Тс0 и весь ток вытесняется в подложку. При превышении
этого граничного значения весь ток течет только по подложке и
сверхпроводник находится в нормальном состоянии.
Значение im может быть определено либо из уравнения (4-17) с помощью
условия /= 1, либо из уравнения (4-19) с помощью условия т=0. При а<1
получаем im=l/Ka. что, естественно, совпадает со значением, определяемым
уравнением (4-28) при а>1. Вольт-амперная характеристика такого
проводника на участке l^i*Om рассчитывается с помощью уравнения (4-18);
она изображена на рис. 4-4 (линия а-т).
Итак, комбинированный проводник, у которого а<1, остается сверхпроводящим
при любых токах /</св; следовательно, у такого проводника (как и у
проводника, для которого а=1) полностью исключен эффект дегра-84
дации тока. При превышении критического тока сверхпроводник переходит не
в нормальное, а в резистивное состояние; при этом увеличение тока
приводит к монотонному росту напряжения на проводнике. Лишь при токе 1=1т
сверхпроводник переходит в нормальное состояние и весь ток вытесняется в
подложку.
Важно подчеркнуть, что при "<1 переход проводника через значение тока i=l
полностью обратим. Как видно из рис. 4-4, и при увеличении и при
уменьшении тока проводник проходит одни и те же состояния (в отличие от
случая а>1, показанного на рис. 4-3). Всюду на линии а-т сопротивление
R=dU/dI положительно.
Таким образом, комбинированный проводник, у которого а<1, является
полностью стабилизированным. При этом для такого проводника превышение
критического тока приводит не к переходу сверхпроводника в нормальное
состояние, а лишь к появлению некоторого напряжения на проводнике,
которое исчезает с уменьшением тока до критического значения.
Из сказанного очевидно, что сверхпроводящая магнитная система,
выполненная из полностью стабилизированного проводника, гарантирована от
перехода в нормальное состояние при любых значениях тока вплоть до /с (а
также в интервале токов от /св до Im). Важное преимущество такой системы
заключается также в том, что поскольку исключен эффект деградации тока,
то при проектировании можно принимать в" расчете характеристики
сверхпроводника, полученные при испытании коротких образцов. В системах
же, изготовленных из не-стабилизированного проводника, точный расчет
параметров на основе результатов испытаний коротких образцов практически
невозможен; в лучшем случае здесь можно использовать лишь оценки
эмпирического характера. Семейство вольт-амперных характеристик
комбинированного проводника для различных значений и изображено на рис.
4-5.
Как уже отмечалось, уменьшение параметра а достигается при неизменных
прочих условиях увеличением содержания нормального металла в
комбинированном проводнике, а также увеличением его чистоты с целью
уменьшения удельного сопротивления. Значение а уменьшается также при
увеличении коэффициента теплоотдачи h от поверхности комбинированного
проводника к гелиевой ванне.
Необходимо указать, что а существенно зависит от индукции магнитного
поля. Это объясняется следующими причинами:
1. Критический ток сверхпроводника при температуре гелиевой ванны /с
уменьшается с ростом поля.
2. Критическая температура при нулевом токе Тс0 также уменьшается с
усилением магнитного поля.
3. Удельное сопротивление нормального металла р возрастает с ростом В
(магниторезистивный эффект).
В целом величина а уменьшается с увеличением магнитного поля. Зависимость
и(В) показана на рис. 4-6; индукция магнитного поля, при котором а=1,
обозначена через Вт. На этом же рисунке приведены кривые для токов
/св И 1т-
Один и тот же комбинированный проводник при В больших значениях В может
Вт иметь а<1, т. е. быть пол-
ностью стабилизированным, Рис. 4-6. Зависимости пара- а ПрН малых
значениях
метра а и токов гСв и (" . г . . _ ________
от магнитной индукции. иметь а>1. Как известно.
магнитное поле в разных областях обмотки различно, причем во внешних
слоях является наименьшим. Следовательно, внешние слои обмотки могут
оказаться неполностью стабилизированными. Для устранения этой возможности
