Стабилизация сверхпроводящих магнитных систем - Альтов В.А.
Скачать (прямая ссылка):
напряжения достигала 500-1000 В.
Из сказанного очевидно, что плотные обмотки менее надежны в отношении
возможности электрического по-
242
врежденин (пробоя изоляции) в процессе распространения нормальной зоны,
чем разреженные обмотки.
Таким образом, сверхпроводящие магнитные системы с плотными обмотками
следует конструировать с учетом необходимости их защиты прежде всего от
перенапряжений в процессе перехода в нормальное состояние. Вопрос же
защиты обмоток этого типа от перегрева, обусловленного джоулавым
тепловыделением, является второстепенным.
IQ'
ЧАСТЬ III КОМБИНИРОВАННЫЕ ПРОВОДНИКИ С ВНУТРЕННЕЙ СТАБИЛИЗАЦИЕЙ
Глава девятая
УСТОЙЧИВОСТЬ сверхпроводников II РОДА ПО ОТНОШЕНИЮ К СКАЧКАМ ПОТОКА
9-1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
В ч. II были рассмотрены основы метода тепловой (криостатической)
стабилизации сверхпроводников. Этот метод, как было показано, позволяет
обеспечить надежную и безопасную работу сверхпроводящей магнитной системы
при наличии некоторых допустимых возмущений. Только крупные механические
и электрические повреждения или прекращение доступа хладоагента могут
привести к отказу или к выходу из строя подобной системы. Однако
обеспечение высокой надежности при использовании указанного метода
связано со значительным уменьшением средней эффективности плотности тока
в обмотках, что для ряда систем может оказаться совершенно неприемлемым.
В последние годы были разработаны способы производства комбинированных
сверхпроводящих материалов с так называемой внутренней стабилизацией Ч
Этот, видимо, не вполне удачный термин должен лишь подчеркивать отличие
от криостатической стабилизации, где результат возмушения подавляется с
помощью дополнительного, внешнего по отношению к сверхпроводнику
материала. Внутренняя стабилизация направлена на то, чтобы исключить саму
возможность возникновения по крайней мере одного, особого вида
возмущающих воздействий, свойственных неидеальным сверхпроводникам
1 Используются также не вполне равноценные термины intrinsically stable,
т. е. "сами по себе" устойчивые, или filamentary, т. е. нитевидные
проводники.
244
II рода, - скачков потока, или подавить их развитие за счет внутренних
процессов.
В этой части будут рассмотрены более .подробно, чем это было сделано в §
2-3, как причины возникновения скачков потока, так и особые меры,
применяемые для их ¦исключения и уменьшения их воздействия. Будут
рассмотрены также некоторые дополнительные вопросы, связанные с
применением стабилизированных проводников в импульсных магнитных
системах.
Следует отметить, что обеспечение внутренней стабилизации, т. е.
исключение скачков потока, не гарантирует систему от воздействия других
нежелательных возмущений. Поэтому в таких системах необходимо принимать
дополнительные меры для защиты от воздействий, которые могли бы, хотя бы
частично, обесценить преимущества внутренней стабилизации. Наиболее
типичным примером в этом отношении может явиться воздействие перемещения
плохо закрепленных витков обмотки. Выделяющегося в процессе такого
перемещения тепла может оказаться достаточно для инициирования перехода
магнитной системы в нормальное состояние. Поэтому обеспечение
механической устойчивости витков является весьма серьезной задачей для
подобных систем. Поскольку, однако, в настоящее время разработка этой
проблемы ведется, в основном, чисто эмпирическим путем, а научные основы
подхода к ней только начинают создаваться, этот вопрос будет рассмотрен
нами весьма кратко. Несомненно, что, хотя сходные частные задачи могут
быть успешно решены, обеспечение устойчивости по отношению к любым
мыслимым возмущениям (например, к вибрациям и т. п.) вряд ли возможно.
Поэтому любая магнитная система на проводниках с внутренней стабилизацией
во всех случаях (если только эта система не .предназначена для
однократного использования) должна проектироваться с таким расчетом,
чтобы она могла без повреждений переносить переходы в нормальное
состояние (см. § 3-1). В ряде случаев для этого может понадобиться
применение дополнительных внешних приемов защиты.
9-2. НАМАГНИЧЕННОСТЬ НЕИДЕАЛЬНЫХ СВЕРХПРОВОДНИКОВ II РОДА
Как отмечалось в гл. 2, в сверхпроводниках II рода магнитное поле может
проникать в толщу материала. При этом характер намагничивания у идеальных
сверх-
.245
проводников, т. е. лишенных каких-либо дефектов, и неидеальных,
называемых иногда для краткости жесткими, заметно различается (см.,
например, рис. 2-7). Причина подобного различия заключается в том, что
жесткие сверхпроводники могут пропускать значительные токи в направлении,
перпендикулярном направлению магнитного поля; именно это свойство и
позволяет применять их для получения сильных магнитных полей.
Рассмотрим идеализированный изотермический, т. е. квазистационарный
процесс намагничивания неидеального сверхпроводника II рода. Пусть
сверхпроводник занимает полупространство х<0 ,(рис. 9-1). При увеличении
внешнего магнитного поля Не выше значения Нс\ поле проникает (в толщу
