Стабилизация сверхпроводящих магнитных систем - Альтов В.А.
Скачать (прямая ссылка):
фактом, что вблизи верхнего критического поля Вс2, когда ток уменьшается,
скачки потока не наблюдаются. Хотя само по себе уменьшение критической
плотности тока материала может показаться нерациональным, выбор ее
оптимального значения (которое в значительной степени определяется
режимом механической и термической обработки) должен, конечно,
производиться с учетом возможности устойчивой его реализации в обмотке.
Как правило, "жесткие" материалы, например сплавы Nb-Zr, подвергнутые
большой деформации, имея чрезвычайно вы-
17-865
257
сокие уровни плотности тока (более 5-105 А/см2), характеризуются довольно
низкими токами в обмотках (примерно 2-104 А/см2). В тс же время более
мягкие материалы с плотностью тока менее I05 А/см2 позволяют реализовать
подобные плотности (в расчете на сечение сверхпроводника) достаточно
надежно.
Для увеличения стабильности магнитной системы нередко рекомендуется
применение обмотки, секционированной по радиусу, с особым порядком
включения секций. Внешние секции, включаемые в первую очередь, создают
так называемое "поле поддержки" (backing field), которое обеспечивает
устойчивое включение внутренних секций. Нетрудно видеть, что здесь
сказывается, в частности, уменьшение плотности тока в центральных
секциях, помещенных в высокое поле наружных секций. Если включение
внутренней секция производится в малом поле поддержки или вовсе без него,
то в зоне умеренных полей, где плотность тока еще высока, могут развиться
скачки .потока, которые приведут к преждевременному переходу системы в
нормальное состояние.
Рассмотрим влияние на устойчивость величины производной dJddT в формуле
(9-11). Естественно, что уменьшение этой величи-чины приводит к большей
устойчивости. Если бы удалось разработать материалы, для которых dJJdT>0,
скачки потока не наблюдались при любых толщинах сверхпроводника.
Некоторые интересные возможности в этой области рассмотрены в работе (Л.
9-8]. Оказалось, что сплавы РЬ-In-Sn при определенной термической
обработке претерпевают фазовые превращения с выпадением мелкодисперсной
второй фазы, которая также является сверхпроводящей, однако имеет меньшую
критическую температуру. Поэтому при достаточно низкой температуре весь
сверхпроводник является как бы однородным. При повышении температуры
вторая фаза переходит в нормальное состояние и ее частички начинают
играть роль задерживающих центров, в результате чего в некотором
интервале температур критический ток возрастает. Как и ожидалось, скачки
потока, наблюдавшиеся в других температурных интервалах, здесь
отсутствовали. Разработка материалов для достаточно сильных полей с
подобными свойствами представляется весьма заманчивой.
Рассмотрим теперь более подробно предположения, которые были приняты нами
при выводе критерия устойчивости. Принятая одномерная модель имеет
достаточное сходство только с ленточным проводником, находящимся в той
области обмотки, где поле параллельно его плоскости. При наличии заметных
компонент поля, перпендикулярных плоскости ленты, роль критического
размера должна играть величина порядка ширины ленты, и задача в этом
случае значительно усложняется.
258
С другой стороны, ясно, что полученный критерий должен вполне подходить
для оценки критического диаметра проволоки (рассмотренный нами сплошной
слой можно представить состоящим из отдельных витков). Однако
взаимодействие отдельных участков провода и соседних витков при
одномерной постановке задачи не может быть учтено.
Заметим в этой связи, что имеются многочисленные опытные данные,
свидетельствующие о тем, что при затухании экранирующих токов (вызванном,
например, начальным нагревом) остаточная намагниченность провода не
является однородной по длине, а имеет четкую периодическую структуру (Л.
9-9]. Можно .предположить, что процесс затухания токов сопровождается
развитием неустойчивости, которая не может быть выявлена в одномерной
модели. Случаи более сложной конфигурации проводника и настоящее время
еще совершенно не изучены.
Следует иметь в виду, что при всех проведенных расчетах не учитывался так
называемый магнитокалорический эффект. Этот эффект, свойственный всем
материалам, намагниченность которых зависит от температуры, заключается в
том, что при изменении намагниченности происходит выделение или
поглощение тепла. Если при этом образец адиабатически изолирован, то
изменение намагниченности вызовет повышение или понижение температуры.
(Знак и величину эффекта при изменении внешнего поля в изотермических
условиях можно определить из термодинамического уравнения Максвелла
Поскольку у сверхпроводников, находящихся в сверхпроводящем состоянии,
(дМ/дТ)н>0 (М<0), то увеличение магнитного поля вызывает поглощение
тепла.
Таким образом, этот механизм должен, в принципе, оказывать -благоприятное
стабилизирующее воздействие в процессе намагничивания. Однако, как
показывают численные оценки, значение эффекта в жестких сверхпроводниках
