Стабилизация сверхпроводящих магнитных систем - Альтов В.А.
Скачать (прямая ссылка):
комбинированных проводников с а<1. Очевидно, однако, что в интервале
температур Tc0~TN характер кривых a=const будет качественно одним и тем
же для любых значений а.
118
В том случае, когда Тм<Тс0<Тк, переход сверхпроводника в нормальное
состояние происходит в точке / (рис. 4-33), и при дальнейшем повышении
температуры тепловой поток в равновесном состоянии уменьшается до тех
пор, пока не будет достигнуто состояние с- температурой Тк (точка q). В
области температур Т>Тк кривая а=const имеет обычный характер. Очевидно,
что состояния, соответствующие участку f-q, неустойчивы.
Следует отметить, что вольт-амперные характеристики, представленные на
рис. 4-32, 4-33, имеют качественный характер и выполнены не в масштабе. В
реальных диаграммах, выполненных в обычном масштабе, изотермы Тм и Тк
практически сливаются (рис. П-1, П-3).
4-7. МЕТОД НИЗКООМНОГО ШУНТА
В предыдущем параграфе получены детальные вольт-амперные характеристики
комбинированных проводников для широкого спектра критических температур,
позволяющие в наглядной форме представить возможные ситуации, возникающие
при работе сверхпроводящих устройств.
Следует, однако, отметить, что заранее не ясно, насколько вольт-амперные
характеристики, полученные расчетным путем, соответствует реальным
характеристикам. Имеющиеся в литературе (JI. 4-16-4-18] экспериментальные
данные относятся лишь к участкам вольт-амперных характеристик,
соответствующим устойчивым состояниям теплового равновесия (dU/dI>0).
Кроме того, в ряде описанных экспериментов отсутствовал контроль
изотермичности исследуемого участка комбинированного проводника и,
следовательно, по крайней мере часть полученных данных относится, по-
видимому, к случаям, когда резистивная зона изменяла свои размеры по
длине провода.
Отсутствие полных экспериментальных данных по вольт-амперным
характеристикам комбинированных проводников в равновесных состояниях (в
особенности, в неустойчивых состояниях) определяется специфическими
трудностями, появляющимися при проведении эксперимента. Эти трудности
сводятся к следующему.
Рассмотрим схему реализации неустойчивого участка вольт-амперной
характеристики образца комбинированного проводника, подключенного к
источнику питания. Характеристика такого проводника изображена на рис. 4-
34. Предположим, что единственной причиной, вызывающей переход
сверхпроводника в нормальное состояние, является превышение критического
тока. Будем
119
Постепенно увеличивать ток в цепи за счет увеличений напряжения источника
питания. При достижении критического тока исследуемый образец приобретает
сопротивление Якл. Такое состояние комбинированного проводника (ток /=/с,
температура Т=ТЪ) изображается точкой а на рис. 4-34. В этом состояния
= (4.109)
Строго говоря, при появлении сопротивления /?к.п ток в цепи должен
уменьшаться. Поскольку Як.п<0, это должно привести к изменению состояния
проводника по линии а-Ь. В действительности, однако, сопротивление
комбинированного проводника в резистивном состоянии Rn.n настолько мало
по сравнению с сопротивлением остальной цепи, что при использовании
реальных источников питания появление сопротивления RKM не приводит к
уменьшению тока. Ток в цепи сохраняется постоянным; при этом возрастает
температура комбинированного проводника, что обусловлено джоулевым
тепловыделением на сопротивлении Як.п. Температура растет до тех пор,
пока проводник не достигает состояния устойчивого равновесия при данных
значениях /св и а (точка с); в этом состоянии весь ток протекает через
подложку. Дальнейшее повышение тока соответствует состояниям проводника,
изображенным участком с-d вольт-амперной характеристики.
Таким образом, использование обычных источников питания не позволяет
реализовать в прямом эксперименте состояния неустойчивого равновесия
комбинированного проводника.
Указанные трудности могут быть преодолены с помощью метода низкоомного
регулируемого шунта, предложенного авторами {Л. 4-19]. Этот метод
позволяет изменить свойства источника питания. В цепь источника
параллельно с исследуемым образцом комбинированного проводника 1 (рис. 4-
35) включен низкоомный шунт 2 из нормального металла. Обозначим ток в
образце через
Рис. 4-34. Вольт-амперная характеристика образца комбинированного
проводника с неустойчивым участком.
120
/к.1ъ ток в шунте через /ш и полный ток в цепи через /п.
Естественно, что
/п=/к.п + /ш- (4-110)
До тех пор, пока исследуемый образец находится' в сверхпроводящем
состоянии, ток в шунте отсутствует и падения напряжения на образце ик.п и
на шунте Um равны нулю.
После появления в исследуемом образце сопротивления /?к.п полный ток,
который вследствие малости /?кл остается при этом неизменным, делится
между образцом и шунтом. При этом падения напряжения на шунте и на
образце равны между собой
Н=/к.пЯк.п=/шЯш. (4-111)
Рис. 4-35. Схема реализации неустойчивых состояний комбинированного
проводника.
а без образцового сопротивления; б - с образцовым сопротивлением; / -
