Стабилизация сверхпроводящих магнитных систем - Альтов В.А.
Скачать (прямая ссылка):
оно, по-видимому, объясняется ошибкой в измерении величины Wh в опыте,
результаты которого представлены на рис. 8-6. Расхождение в значениях
/мин при WK=0,076 Вт можно объяснить неточным фиксированием величины
/мпн-
8-3. ПЕРЕХОД СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО СОЛЕНОИДА В НОРМАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ
Исследования неконтролируемых процессов распространения нормальной зоны
были начаты практически одновременно с созданием первых сверхпроводящих
соленоидов. Это объясняется тем, что аварийный переход соленоида в
нормальное состояние, как правило, приводит к выходу его из строя.
Неоднократно предпринимались попытки с помощью того или иного метода
защитить соленоид от разрушения. Однако из-за недостатка информации о
процессах, протекающих в плотной сверхпроводящей обмотке при переходе ее
в нормальное состояние, предлагавшиеся методы носили односторонний
характер и были в основном направлены на 230
обеспечение быстрого вывода запасенной в соленоиде энергии.
Систематическое исследование переходных процессов началось лишь после
1963 г. [Л. 8-2-8-4].
Большой вклад в исследование механизма перехода плотной обмотки в
нормальное состояние был внесен Стекли с сотрудниками [Л. 8-5]. Создание
полностью стабилизированных проводников, охлаждаемых жидким гелием, на
некоторое время снизило интерес к плотным обмоткам. Однако появление
внутренне стабилизированных проводников и на их основе сверхпроводящих
обмо-> ток с высокими плотностями тока заставило вновь обратить внимание
на эту проблему.
Как было отмечено в предыдущем параграфе, при работе соленоида с плотной
обмоткой в области токов, соответствующей неустойчивым режимам,
возникновение в обмотке зародыша нормальной зоны приведет к аварийному
переходу соленоида в нормальное состояние.
Для исследования характера распространения нормальной зоны в качестве
первого приближения может быхь использована модель, предложенная Стекли
для соленоидов, навитых одиночным сверхпроводящим проводом [Л. 8-5].
Согласно этой модели временная зависимость сопротивления участка обмотки,
перешедшего в нормальное состояние, в случае одно-, двух- и трехмерного
распространения нормальной зоны описывается следующими соотношениями:
1
(8-4)
где р - коэффициент заполнения обмотки сверхпроводящим материалом; р -
электрическое сопротивление единицы длины проводника в нормальном
состоянии; dB - диаметр проводника; о,. К>> *>3-скорости распространения
нормальной зоны вдоль проволоки, от витка к витку в одном слое (осевая) и
от слоя к слою (радиальная).
231
R (0 = Р j К dt;
О
t t
R (t) = (Рр/rf") у В, dt у B2 dt;
б о
t i t
R (t) = (2/3) фр/dl) J pj dt j B2 dt j b3 dt,
0 0
\
При работе соленоида в режиме "замороженного тока" переходный процесс в
обмотке описывается уравнением
(8-5)
где i=///o-безразмерный ток в обмотке; /о- первоначально "замороженный
ток"; Q=t/t* - безразмерное время; t* - некоторая постоянная, имеющая
размерность времени; L - индуктивность соленоида.
Решение уравнения (8-5) имеет вид:
Это соотношение характеризует временную зависимость затухающего тока в
короткозамкнутой обмотке при возникновении в ней зародыша нормальной
зоны.
Очевидно, что напряжение на концах участка, перешедшего в нормальное
состояние, может быть легко представлено в безразмерной форме
Выражение для постоянной времени зависит от характера распространения
нормальной зоны: для одномерного распространения
где е0 - скорость распространения нормальной зоны при начальном токе /о.
При анализе уравнений (8-6) и (8-7) необходимо помнить, что скорость
распространения нормальной зоны зависит от тока и магнитного поля. В
качестве первого
(8-6)
-^ = [tR(t)fL] exp
о f
t* = (L/ Ре")1/2;
для двумерного
(8-8)
для трехмерного
/* = [3/2(^/р р"2)(#?/"А)]1/4.
232
приближения в работе [Л. 8-5] предложено следуюЩбё соотношение:
0. I + 8 (В/Во)
(8-9)
'+а
где В0 - магнитная индукция при i=l, а б - постоянная, близкая к единице
и определяемая опытным путем. Соотношение (8-9) можно преобразовать к
виду
С учетом (8-10) соотношение (8-6) может быть представлено в более удобной
форме
позволяющей легко производить оценку числа направлений распространения
нормальной зоны; здесь п= 1 для одномерного процесса; п=2 для двумерного
и п=3 для трехмерного процессов.
Экспериментальное исследование основных закономерностей процесса
распространения нормальной зоны в плотной обмотке было выполнено нами с
помощью описанного в гл. 6 метода одиночного короткозамкнутого соленоида.
Был исследован соленоид с плотной обмоткой из семижильного индированного
кабеля (шесть сверхпроводящих, одна медная жила). Внутренний диаметр
соленоида составлял 30 мм, внешний диаметр 67,7 мм, высота 77 мм,
индуктивность 0,029 Г. Значение тока
/рЛ было равно 49 А.
Результаты экспериментов, проведенных при различных значениях начального
тока в соленоиде U, представлены па рис. 8-8-8-10. На рис. 8-8 приведена
зависимость от тока'падения напряжения ?/н.з на участке плотной обмотки,
