Стабилизация сверхпроводящих магнитных систем - Альтов В.А.
Скачать (прямая ссылка):
образца, т. е. с некоторой максимальной плотностью тока (так называемое
критическое состояние). Эта максимальная плотность тока зависит, вообще
говоря, от индукции в данной точке образца и поэтому линии, изображающие
распределение индукции по сечению образца, имеют некоторую кривизну (рис.
2-6,а).
Следует иметь в виду, что хотя в каждой точке образца в критическом
состоянии имеется некоторая максимальная плотность тока, >весь образец в
целом может не нести транспортного тока, поскольку в разных точках
сечения плотность тока может быть направлена в противоположные стороны,
как это изображено, например, на рис. 2-6,а. Достижение критического тока
образца означает, что в любой точке сечения плотности тока направлены
одинаковым образом.
При увеличении плотности тока выше определенного максимального значения
лоренцова сила становится больше удерживающей и .вихревая нить начинат
двигаться. При этом, как отмечено выше, непрерывно выделяется джоулево
тепло, температура может повышаться 26
Рис. 2-6. Распределение индукции по сечеииям неидеального и идеального
сверхпроводника II рода.
вЬйне Tc и сверхпроводник перейдет В Нормальнее Сб-стояние.
Из сказанного очевидно, что критическая плотность тока для.данных
значений индукции В и температуры окружающей среды Т - это такая
плотность тока, при которой ря=Ву. Таким образом,
Рл=^у при /=/с; (2-19)
Вл>Ру при />/с. (2-20)
Причина, вызывающая переход неидеального сверхпроводника II рода в
нормальное состояние при превышении критического тока в постоянном
внешнем магнитном поле, в конечном итоге та же, что и при переходе
идеального сверхпроводника I рода. Она заключается в превышении
критической для данного значения В температуры сверхпроводника Ткр(В).
Очевидно, что чем больше лоренцова сила, которую способны "выдержать"
удерживающие центры, тем больший ток может быть пропущен через
неидеальный сверхпроводник II рода. Вихревые нити перескакивают от одного
удерживающего центра к другому под действием лоренцовой силы (в
направлении этой силы). Для преодоления удерживающего центра вихревая
нить должна затратить работу, равную Fnd, где d-размер удерживающего
центра. Иными словами, вихревая нить преодолевает определенный
потенциальный барьер.
Из уравнения (2-14) следует, что лоренцова сила, действующая на вихревую
нить, пропорциональна произведению
a=JB. (2-21)
В случае критической плотности тока
a.c-JcB. (2-22)
Очевидно, что если /В<ас, то система стабильна. При JB>ac возникает
непрерывное движение вихревых нитей и сверхпроводник переходит в
нормальное состояние.
Величина ас, называемая критерием лоренцовой силы, существенно зависит от
степени структурной неупорядоченности материала.
Следует заметить, что в действительности согласно экспериментальным
данным [JI. 2-15-2-17] связь между
27
величинами В и / несколько Отличается От (2-22); было установлено, что
JC(B + B0) =<1с, (2-23)
где Во-константа. Поскольку, однако, индукция В0 относительно невелика
(для сплава Nb - 25% Zr - 0,1-н 0,2 Т, для Nb3Sn - несколько десятых
долей тесла), то при значительных полях можно пренебречь в (2-23) В0 по
сравнению с В.
ь/р-о
Рис. 2-7. М-И и В-//-диаграммы.
й-'идеальный сверхпроводник I рода; б - идеальный сверхпроводник II юо-
да; в - неидеальный сверхпроводник II рода.
Таким образом, ас пропорциональна силе Fy, действующей на вихревую нить
со стороны удерживающего центра. В экспериментах И. Кима и его
сотрудников [Л. 2-15-2-17] было установлено, что значения ас и,
следовательно, Fy линейно убывают с температурой.
Оказалось, что с каждым удерживающим центром связаны не отдельные
вихревые нити, а связки нитей размером порядка Я, т. е. связки,
включающие несколько десятков флюксоидов. В частности, при намагничивании
образцов из нендеальных сверхпроводников II рода с монотонным увеличением
индукции магнитного поля (*в отсутствие тока переноса) проникновение поля
внутрь образца .происходит дискретно, "ступеньками", высота
28
которых соответствует магнитному потоку, переносимому одной связкой
флюксоидов.
Характерной особенностью неидеальных сверхпроводников II рода, отличающей
их от идеальных сверхпроводников, является необратимый характер перехода
из сверхпроводящего (смешанного) в нормальное состояние и процесса
намагничивания сверхпроводников. Необратимость процесса намагничивания
объясняется тем, что как увеличение, так и уменьшение магнитного поля в
образце (при B>Bci) связаны с затратой работы на перемещение вихревых
нитей, к которым приложены силы со стороны удерживающих центров.
На рис. 2-7 приведены М-Я- и В-Я-диаграммы для сверхпроводников
рассмотренных типов.
Как известно, из общего соотношения
В=щ(Н+М), (2-24)
где
М=уН, (2-25)
следует, что для сверхпроводников, для которых наблюдается эффект
Мейсснера, т. е. для сверхпроводников I рода при В<ВС и для
сверхпроводников II рода при В<Вс1
BS=Q. (2-26)
Магнитная восприимчивость % определяется очевидным соотношением
