Стабилизация сверхпроводящих магнитных систем - Альтов В.А.
Скачать (прямая ссылка):
проводника соответствует не критической плотности тока в сверхпроводнике,
а 'некоторой эффективной плотности тока, учитывающей конечное заполнение
сечения сверхпроводником. Поэтому полный магнитный поток, проходящий
через данное сечение,, возрастает. Поскольку в начальный момент токи в
оболочке малы, то возросшие потери происходят преимущественно в
сверхпроводнике. С другой стороны, некоторая доля тепла должна успевать
передаваться оболочке; Однако точный учет этих противоположных эффектов
затруднителен.
Заметим, что если материал, заполняющий пространство между
сверхпроводящими слоями (жилами), является диэлектриком, то развитие
скачка на начальном этапе не имеет почти никаких качественных отличий.
Практически интересный случай, в котором хорошо реализуется подобная
модель, - это пористые спеченные образцы из iNbgSn, интенсивно
изучавшиеся на начальных этапах исследования скачков потока (JI. 10-2].
Увеличение допустимого поля #э.кр для таких образцов при переходе через
Я-точку жидкого гелия следует, по-видимому, приписать увеличению доли
тепла, отводимого в гелий, который заполняет поры образца, т. е. росту
эффективной теплоемкости.
Прямой комбинированный проводник с матрицей из сплава, который был здесь
кратко рассмотрен, сам по себе представляет лишь ограниченный
практический интерес, поскольку, как будет показано, для такого кабеля
легко добиться, чтобы проникновение поля осуществлялось более выгодным
образом. /Значительно большее значение имеет случай, когда матрица
проводника изготовлена из материала с высокой электро- и
теплопроводностью. В этом случае определяющим является отличие в
свойствах, от которых зависит скорость теплопередачи и скорость диффузии
магнитного поля в таких материалах. В то время, как для сплавов отношение
коэффициентов диффузии поля А,м и диффузии температуры DT, определяемое в
соответствии с (9-6) формулой
<10-]>
составляет обычно 103-104, для чистых металлов в области температур
порядка 4 К это отношение чрезвычай-
274
но мало и может составлять 10-3-10~4. Иными словами, ' в чистых металлах
тепловое равновесие устанавливается прежде, чем магнитное поле успевает
перераспределиться сколько-либо заметным образом, причем, в отличие от
сверхпроводящих сплавов, такой вывод справедлив при любых скоростях этих
процессов.
-Таким образом, в комбинированном проводнике с матрицей из чистой меди,
даже при. относительно небольшом количестве меди, скорость развития
скачка потока, захватывающего заметную долю сечения, резко, падает. В
этом случае можно считать, что температура матрицы одинакова по всему
сечению. Температура внутри сверхпроводящих жил безусловно выше
температуры матрицы. Однако из-за затягивания характерного времени скачка
гораздо большая доля выделяющегося в сверхпроводнике тепла будет
отводиться в матрицу. Поэтому при расчете баланса энергии для скачка
имеется гораздо больше оснований считать процесс изотермическим, чем в
случае сплошного сверхпроводника. По этой же причине во всех расчетах
следует учитывать некоторую среднюю теплоемкость . проводника, включающую
и себя часть теплоемкости матрицы, тогда как для матрицы из сплава
корректнее было бы учитывать в основном лишь теплоемкость самого
сверхпроводника.
Изложенные соображения позволяют перенести все полученные выше критерии
на случай комбинированных проводников при сопоставимых конфигурациях
проникновения поля. Необходимо лишь ввести в соответствующие формулы
некоторые поправки, усредняющие эффективные значения соответствующих
параметров, относя-, щихся к различным компонентам проводника. Однако
сколько-нибудь .надежного метода расчета таких поправок пока не
предложено. При высоких коэффициентах заполнения сечения сверхпроводящим
материалом поправочные коэффициенты, очевидно, мало отличаются от
единицы. Поскольку точность исходного критерия (9-11) невелика, с таким
приближением можно примириться. Заметим, что, как и для проводников с
матрицей из сплавов, распределению поля по сечению здесь также можно
"придать" более выгодную форму (см. § 11-2).
Условие адиабатичности, принимавшееся при выводе критериев устойчивости,
дли рассматриваемого случая означает, что теплоотвод от внешней границы
проводника в окружающую среду не учитывается. Хотя для неко-
18*
275
торых систем такое допущение является излишне жестким (ниже-будут
рассмотрены подобные случаи), следует учитывать, что в подавляющем числе
магнитных систем на проводниках с внутренней стабилизацией применяется
пропитка обмоток различными компаундами, теплопроводность которых
невелика. Кроме того, если принять условие адиабатичности, то допустимо
считать, что скачок потока захватывает большое число соседних витков.
Поскольку некоторая доля тепла, .выделяющегося при скачке, поглощается
материалом матрицы за счет теплоемкости, то механизм "остановки"
частичного скачка за счет увеличения теплоемкости может быть более
эффективным в комбинированных проводниках, где материал матрицы включает
