Стабилизация сверхпроводящих магнитных систем - Альтов В.А.
Скачать (прямая ссылка):
Из сравнения с кривыми, рассчитанными без учета кризиса кипения, видно,
что скорость движения нормальной зоны заметно понижается, а минимальный
ток распространения (с=0) несколько возрастает. Наблюдавшийся для
предыдущей серии кривых резкий рост скорости вблизи 1=1 для новой модели
почти полностью сглажен.
Точное сравнение результатов этих расчетов с экспериментальными данными,
приведенными в § 6-2, затруднено в связи с тем, что
14-865 209
значения констант, Характеризующих свойства проводника, известны в
настоящее время с недостаточной точностью. Однако общий вид зависимости
скорости распространения нормальной зоны от тока довольно хорошо
соответствует первой из рассмотренных моделей, поскольку при приближении
тока к значениям i=.l и i=im скорости обнаруживают тенденцию к
неограниченному росту (см. рис. 6-17). По-видимому, это связано с тем,
что степень стабилизации исследовавшихся образцов была небольшой и
влияние внутреннего теплового сопротивления приводило к скачкообразному
переходу. Имеющиеся в литературе скудные данные о скоростях
распространения нормальной зоны для сильно стабилизированных образцов (Л.
6-6] позволяют, тем не менее, сделать вывод об отсутствии заметного роста
скорости в этих образцах при стремлении к критическому току.
Глава седьмая
КОМБИНИРОВАННЫЕ ПРОВОДНИКИ С ВЫНУЖДЕННЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ
7-1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Выше рассматривались состояния теплового равновесия комбинированных
проводников (с однородным распределением температуры по длине или при
наличии градиента температуры) для случая, когда проводник погружен в
ванну с жидким гелием. Существует, однако, еще один особый случай, когда
комбинированный проводник выполняется полым и гелий омывает его
внутреннюю поверхность.
Рис. 7-1. Конфигурация полых комбинированных проводников.
/ - медь; 2 - сверхпроводник.
Такие проводники могут иметь различную конфигурацию (рис. 7-1) и могут
охлаждаться как жидким гелием или его парожидкостной смесью, так и
гелием, находящимся в закритическом состоянии. Сверхпроводящие обмотки,
выполненные из полых проводников (обмотки с вынужденной циркуляцией), в
ряде случаев обладают неоспоримыми преимуществами по сравнению с обычными
сверхпроводящими системами. Во-первых, такие обмотки позволяют
осуществлять более гибкое регулирование условий охлаждения путем
изменения расхода жидкого гелия через проводник. При этом требуется
существенно меньшее количество гелия для заполнения системы и,
следовательно, повышается ее надежность с точки зрения взрывоопасности в
случае аварийного перехода в нормаль-210
ное состояние (см. § 3-1). Во-вторых, уменьшается количество гелия,
необходимого для предварительного охлаждения обмотки до рабочих
температур за счет более полного использования хладоемкОсти уходящих
паров. В-третьих, использование полых комбинированных проводников дает
возможность обеспечить более высокую электрическую и механическую
прочность обмотки без ухудшения условий охлаждения и позволяет
существенно упростить конструкцию криостата.
Следует, однако, отметить, что создание крупных сверхпроводящих обмоток с
вынужденной циркуляцией наталкивается на определенные трудности. Это
связано с тем, что размеры таких обмоток ограничиваются гидравлическим
сопротивлением проводника потоку жидкого гелия. Эффективное
гидравлическое сопротивление обмотки может быть уменьшено путем
секционирования с последующим параллельным включением секций. Однако
параллельная схема не обеспечивает одинакового расхода гелия через
секции, особенно в случае, если в одной из секций возникла нормальная
зона. Возникновение такой зоны ведет к увеличению гидравлического
сопротивления участка проводника и, в конечном итоге, к уменьшению
расхода гелия через секцию.
К другим недостаткам сверхпроводящих обмоток с вынужденной циркуляцией
следует отнести опасность блокирования каналов паровыми пробками. Одним
из возможных путей решения этой проблемы является использование в
качестве хладоагента гелия, находящегося в закритическом состоянии (Л. 7-
1]. Поскольку температура, соответствующая критической точке для гелия
(7'кр=5,2 К), незначительно превышает температуру кипения жидкого гелия
при атмосферном давлении (4,2 К), использование гелия в закритическом
состоянии не приведет к существенному снижению токонесущей способности
сверхпроводника и к резкому уменьшению его стабильности.
Первая попытка использования гелия в закритическом состоянии для
охлаждения обмотки соленоида была предпринята М Морпурго [Л. 7-2]. В
исследованном им экспериментальном соленоиде циркуляция гелия
обеспечивалась с помощью насоса, который создавал перепад давлений 0,01-
0,015 МПа при расходе гелия до 420 л/ч.
В Институте атомной энергии им. Курчатова использовалась другая система
циркуляпии, названная компенсаторной и представляющая собой простейшую
ожижительную или рефрижераторную установку {Л. 7-3, 7-4]. В этом случае
жидкий гелий проходил последовательно через все секции соленоида,
