Стабилизация сверхпроводящих магнитных систем - Альтов В.А.
Скачать (прямая ссылка):
скрученных проводников, рассчитанных на динамическую устойчивость, может
иметь смысл только в таких системах, где желательно обеспечить высокую
стабильность распределения поля в рабочем объеме (см. § 11-1).
11-3. ПЛЕТЕНЫЕ (ТРАНСПОНИРОВАННЫЕ) КОМБИНИРОВАННЫЕ ПРОВОДНИКИ
Как было показано, неоднородность заполнения сечения током и в скрученных
многожильных проводниках не позволяет в полной мере реализовать
возможности, присущие отдельным сверхтонким проводникам. Образующиеся
"резервы" магнитной энергии, всегда готовые высвободиться при
выравнивании распределения тока, по-прежнему представляют источник
неустойчивости в подобных комбинированных проводниках. Вместе с тем, в
электротехнике давно известны приемы, позволяющие выравнивать
распределение тока по сечению многожильных кабелей. Эта задача возникает
при необходимости передачи по таким -кабелям переменных токов достаточно
-высокой частоты. В случае высоких частот внутренние слои кабеля
экранируются его наружными слоями, как это происходит и в сверхпроводящем
кабеле для постоянного тока.
Для равномерного заполнения током всех сверхпроводящих жил необходимо
изготовить проводник, совершенно симметричный относительно каждой
входящей в него жилы. Это означает, что каждая жила должна в разных
сечениях последовательно занимать все положения, характерные для других
жил. Действительно, при полной симметрии отсутствие выделенных по своим
свойствам жил гарантирует равномерность распределения тока. Можно также
показать, что свойства такой системы в отношении внешнего поля вполне
соответствуют свойствам скрученного провода. Подобные многожильные
системы получили название транспонированных.
Нетрудно привести простейший пример полностью транспонированной системы.
Если в многожильном про-20-865 297
воднике все сверхпроводящие жилы расположены на одинаковом расстоянии от
центра в одном круговом слое, то необходимая симметрия по отношению к
транспортному току, очевидно, соблюдается. Для того чтобы обеспечить
симметрию такого проводника по отношению к внешнему .полю, достаточно
'произвести скрутку в продольном направлении. Однако, хотя изготовление
подобных проводников при диаметре отдельных жил ъ десятки микрометров
вполне возможно, применение столь тонких проводников в достаточно крупных
системах по-прежче-му будет сопряжено с огромными трудностями.
С другой стороны, подобные "однослойные" проводники могут составить
основу для изготовления полностью транспонированных кабелей произвольно
большого сечения. Технология изготовления таких 'проводников применялась
при производстве некоторых сортов высокочастотного многожильного провода
(литцендрата). Сначала из исходных проводников необходимо изготовить
плетеный трехжильный провод, так же, как заплетается женская коса из трех
прядей. (В принципе достаточна простая скрутка исходных проводов, число
которых также может превышать три, однако такие системы, видимо,
недостаточно надежны, так как необходимая симметрия при скрутке легко
может нарушаться.) Из полученных трехжильных проводников можно сплести
теми же приемами более толстые проводники - девятижильные и т. д.
Несколько иная технология может быть применена при изготовлении плоских
транспонированных проводников. Сначала из исходных (однослойных)
проводников сплетается трубчатая сетка, которая затем сдавливается. По-
видимому, можно разработать большое число различных схем производства
транспонированных плетеных проводников. Общим недостатком таких систем
является пониженный коэффициент заполнения, связанный с большим
количеством переплетений. Кроме того, фиксация положения каждой отдельной
нити в общей обмотке может быть недостаточно жесткой, так что окажутся
возможными их перемещения, что, конечно, крайне нежелательно. Эти
свойства могут быть улучшены механическим обжатием, прокаткой,
заполнением подходящими наполнителями и т. п.
При использовании плетеных проводников для получения постоянных магнитных
нолей несущественно, свч-
29§
заны ли Отдельные жилы электрически или нет (вопрос о времени
проникновения магнитного поля внутрь такой системы пока не
рассматривается). Поэтому проводник, используемый для указанной цели,
может быть пропитан металлом или сплавом с подходящими свойствами. Этот
металл или сплав, помимо обеспечения механической жесткости кабеля, может
за счет своей теплоемкости, электропроводности и других свойств вносить
некоторый вклад и в обеспечение устойчивости проводника по отношению к
скачкам потока.
Из характера распределения поля в полностью транспонированном проводнике
ясно, что с точки зрения намагниченности отдельные сверхпроводящие жилы
ведут себя почти независимо. Взаимодействие отдельных нитей может, во
всяком случае, приводить лишь к таким эффектам, которыми !мы вообще
пренебрегали, рассматривая набор нитей как сплошной слой. Поэтому все
критерии адиабатической устойчивости, предложенные для одиночных
сверхпроводников, могут в этом случае непосредственно применяться для
