Физика композитных сверхпроводников - Гуревич А.Вл.
Скачать (прямая ссылка):
же сплошными линиями изображены кривые /)и(а"эфф), рассчитанные с помощью
уравнения (4.126). Расхождение между теорией и экспериментом, как видно
из рис. 4.17, не превышает 10%. Измерения, выполненные в [49, 155],
проводились для композитных сверхпроводников с числом сверхпроводящих
жилок от 6 до 18 ООО во внешнем магнитном поле с индукцией вплоть до 6
Тл. При этом в широких пределах изменялись такие величины как скорость
ввода тока в проводник, коэффициент теплоотвода, состав и проводимость
матрицы нормального металла.
Уравнение (4.126) получено с помощью критерия устойчивости (4.110) и,
следовательно, справедливо для однородного композитного сверхпроводника.
В частности, это означает, что для количественных расчетов соотношение
(4.126) можно использовать, если Ва >В] где Bj = ii0II2tiR - индукция
магнитного поля, созданного током 7 на поверхности провода.
Действительно, при Ва <В] магнитное поле заметно меняется поселению
образца и связанная с этим неоднородность физических характеристик
композитного сверхпроводника становится существенной.
На рис. 4.18 изображена зависимость плотности тока 7"г/7гТ?2 от Ва,
рассчитанная с помощью уравнения (4.126). При Ва>В1'^ 0,5 Тл
соответствующая кривая показана сплошной линией, а при Ва< Bj -
штриховой. Точками на рис. 4.18 нанесены экспериментальные данные -[49].
Видно, что теория и эксперимент находятся в хорошем согласии вплоть до Ва
~ Вги совпадают по порядку величины при Ва < В].
Во многих представляющих практический интерес случаях одновременно с
увеличением транспортного тока растет и внешнее магнитное поле,
перпендикулярное оси образца. Аналитически рассчитать величину <?> в
общем виде в такой ситуации не удается. Однако, это удается сделать,
например, для провода из скрученного многожильного композитного
сверхпроводника, если толщина насыщенной зоны a(t) мала, т.е. a(t) <€ R
или т0Ва < Вр (см. главу 3). Пусть также, для простоты, выполняются
неравенства т07 <1, т0Ва < В," и До7 <2nRBa. Тогда зависимость /,"(/, Ва
)
146
описывается уравнением:
................. SRBa 1,5 im I + (1
im +ln(l -j--------------------------- °эфф = 0. (4.130)
3p0/ 1-0.5/,,,
Из (4.130) видно, что изменение внешнего магнитного поля может
существенно влиять на токонесущую способность сверхпроводощего композита,
если Ва ^ Зд"//8/?. Положим для оценки R= 10_3 м, /=10 А/с, тогда
величина 3д0/ /8/2 ~ 4,7 ¦ 10~3 Тл/с.
§ 4.6. Термомеханическая неустойчивость
пластического течения композитных сверхпроводников
При использовании в различных технических устройствах и при
экспериментальных исследованиях композитных сверхпроводников, в них
могут; возникать большие механические напряжения. Рассмотрим, например,
виток провода радиусом Rb с током /, находящийся во внешнем магнитном
поле Ва, перпендикулярном плоскости витка (рис. 4.19). В этом случае на
элемент дуги проводника длиной (11 =Rbdy действует пондеромоторная сила
dFr= IBaRbd\p. Она направлена по радиусу витка и создает растягивающее
или сжимающее его усилие =IBaRb. Механическое напряжение, обусловленное
наличием силы F^, равно a=jBuRb, где /=//7г/?2, R - радиус провода. Для
численной оценки а положим j ~ js = 109 А/м2 и Ва =5 Тл. Тогда уже при Rb
= 0,05 м мы получим, что 0 = 2,5-108 Н/м2. Эта величина превышает предел
текучести меди и по порядку близка к пределу текучести сверхпроводящих
сплавов Nb-Ti и интерметаллидов из группы А15. Большие механические
напряжения возникают в композитных сверхпроводниках не только в
результате действия пондеромоторных сил. Они могут быть связаны,
например, с различием в коэффициентах теплового расширения
сверхпроводника и нормального металла, наличием изгибов провода и т.п.
Таким образом, изучая устойчивость сверхпроводящего состояния, необходимо
рассмотреть и такую ситуацию, когда сверхпроводник находится под
действием больших механических напряжений. Возникающее при этом
пластическое течение материала в определенных условиях становится
неустойчивым и сопровождается скачками пластической дефор-
Нис. 4.19. Виток провода с таком I во внешнем магнитном поле Ва,
перпендикулярном плоскости витка
10*
147
Рис. 4.20. Зависимость о(е) для двух композитов из сплава Nb -Ti и меди:
с) Т0 -= 4,2 К СI) ; 22 К (2); 77,3 К (2) ; 300 К (4) ; б) Г0 = 4,2 К
(/); 77,3 К (2) ; 300 К (2) (концентрация сверхпроводника в этом случае
относительно мала) [ 70]
мации. Такая неустойчивость может стимулировать переход сверхпроводника в
нормальное состояние. По этой причине рассмотрим условия возникновения
скачков пластической деформации.
Характерная для низкотемпературного пластического течения металлов
термомеханическая неустойчивость впервые была обнаружена экспериментально
в работе [156]. Она сопровождается значительным тепловыделением и
скачками пластической деформации. В настоящее в ре мл исследованию
термомеханической неустойчивости посвящена обширная литература (см.,
например, [70, 156-166]). Теоретически устойчивость пластического течения
