Стабилизация сверхпроводящих магнитных систем - Альтов В.А.
Скачать (прямая ссылка):
8-3.
Более подробное исследование этой задачи нецелесообразно ввиду
значительных упрощений при модельном рассмотрении нагревателя. Следует
учитывать также, что в плотных обмотках чаще используются комбинированные
проводники с недостаточной степенью стабилизации. В таких проводниках
заметную .роль может играть внутреннее тепловое сопротивление
сверхпроводника и зависимость г(г) может иметь более сложный вид (см.
рис. 4-Ю).
Представляет интерес сопоставление зависимостей WH I) для 'разреженной и
плотной обмоток. В определенной области токов в разреженной обмотке
нормальная зона находится в устойчивом тепловом равновесии при любых
значениях Wu\ при этом длина участка проводника, занятого нормальной
зоной, увеличивается пропорционально росту Wn. В плотной обмотке при
любом значении тока (за исключением 1=0) в случае превышения мощностью
нагревателя опре-> деленной величины начинается
лавинообразный процесс распространения нормальной зоны по всей обмотке.
Объясняется это следующим образом. Чем больше WH, тем больше участок
обмотки, занятый нормальной зоной, и тем, следовательно, больше мощность
джоулева тепловыделения на этом-участке. Однако в разреженной обмотке,
когда процесс распространения нормальной зоны имеет одномерный характер,
удельный тепловой потоке поверхности комбинированного проводника к
гелиевой ванне, обусловленный джоулевым тепловыделением на нормальном
участке, не изменяется при изменении длины нормального
Рис. 8-3. Изменение границы области устойчивости при учете разделения
тока между сверхпроводником и нормальным металлом.
15-865
225
участка. Действительно, если I - длина участка, занятого нормальной
зоной, то площадь охлаждаемой поверхности этого участка S=Pl, где Р -
охлаждаемый периметр проводника, а джоулево тепловыделение на этом
участке С?дж'=/2р//Л, где А - площадь сечения проводника. Отсюда
очевидно, что удельный тепловой поток Qnm, равный Qjuk/S, не зависит от
I.
Следовательно, при увеличении W-в продвигается граница нормального
участка, а тепловой поток за счет теплопроводности вдоль проводника
остается неизменным.
В плотной обмотке, когда процесс распространения нормальной зоны имеет
трехмерный характер, с ростом размеров этой зоны (при росте W) объем,
занятый ею и генерирующий джоулево тепло, растет быстрее, чем поверхность
нормальной зоны, через которую это тепло отводится. Следовательно, с
ростом W удельный тепловой поток через поверхность нормальной зоны
возрастает и по достижении, определенной мощности он превышает
критическое значение. При этом равновесие между генерируемым и отводимым
теплом нарушается, температура обмотки растет и нормальная зона
распространяется по плотной обмотке неконтролируемым образом.
8-2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
Экспериментальное исследование условий равновесия нормальной зоны в
плотной обмотке было выполнено нами тем же методом, что и описанное в гл.
5 исследование условий равновесия в разреженной обмотке. Этот метод
основан на применении регулируемого низкоомного шунта с подключенным к
нему исследуемым соленоидом с плотной бифилярной обмоткой, в одной из
внутренних точек которой размещен диагностический нагреватель. Шунт с
исследуемым соленоидом был подключен к источнику питания.
При заданной постоянной мощности микронагревателя с помощью
двухкоординатного самописца регистрировалось падение напряжения на
обмотке в зависимости от тока в ней. Одновременно на втором
двухкоординатном самописце регистрировалось падение напряжения Un на
концах короткого (длиной примерно 0,5 см) вспомогательного измерительного
участка, внутри которого расположен микронагреватель. Так же, как и
ранее, исполь зование регулируемого низкоомного шунта позволило 226
реализовать неустойчивые участки вольт-амперных характеристик при
W^const.
На рис. 8-4 и 8-5 представлены экспериментальные данные, полученные для
плотной обмотки, выполненной соответственно из восьми- и четырехжильного
провода при В=2Т. Пунктиром изображены участки вольт-амперных
характеристик при №H=const, не реализо-еанные в эксперименте. В области
состояний, соответствующих этим участкам, в системе соленоид - шунт,
и - 0,07Вт
'0,34
-0,27
\0,19
yw=o,i . \ >8т
ш \ \
kJ У>
о so wo tso гоо я
Рис. 8-4. Вольт-амперные характеристики плотной обмотки из восьмижильного
провода при В=27'.
ИВ 6
S
4
J
2\
1
О
Рис. 8-5. Вольт-амперные характеристики плотной обмотки из
четырехжильного провода при 6=27'.
и 1 0,108 ВТ
У 0,076
0,059
% \г0,0и2 \ 0,028Вт
m \ \
/Л Vi vVv 7=0
-ггГ . ^ мк. /
подключенной к источнику питания, генерировались незатухающие колебания
тока и напряжения на нормальной зоне, показанные на рис. 8-4 (вытянутый
эллипс). Эти колебания обусловлены, по-видимому, неидеальной
бифилярностью катушки, вследствие чего исследуемый соленоид может
обладать некоторой индуктивностью. В результате ток в исследуемой катушке
несколько запаздывает и не соответствует значениям, которые наблюдались
