Стабилизация сверхпроводящих магнитных систем - Альтов В.А.
Скачать (прямая ссылка):
определения допустимых параметров проводника. Плотность тока в
транспонированных проводниках может быть поэтому гораздо больше, чем в
скрученных, несмотря на несколько меньший коэффициент заполнения. Особые
преимущества транспонированных проводников проявляются также в системах,
предназначенных для получения быстро изменяющихся магнитных полей (ом. §
11-4). Все это делает транспонированные проводники весьма перспективным
материалом. Производство различных видов таких проводников, дальнейшее
изучение и совершенствование их свойств являются поэтому крайне
желательными.
Как и скручивание проводников, транспонирование отдельных жил совершенно
не влияет на механизй динамической стабилизации, и поэтому полученные
выше критерии остаются справедливыми. Таким образом, с точки зрения
динамической устойчивости транспонирование, как и скручивание, не имеет
особого смысла.
11-4. КОМБИНИРОВАННЫЕ ПРОВОДНИКИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БЫСТРО ИЗМЕНЯЮЩИХСЯ
МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ
Подробное исследование поведения сверхпроводящих комбинированных
материалов в переменных магнитных полях не входит в круг вопросов,
рассматриваемых в настоящей книге. Из-за огромного экспериментального и
20* 299
теоретического материала, относящегося к этому вопросу, его изложение
должно составлять предмет отдельного большого издания. В этом параграфе
будут лишь кратко рассмотрены некоторые вопросы, связанные с расчетом
потерь в комбинированных проводниках.
Возможность применения сверхпроводников для получения быстро изменяющихся
сильных магнитных полей в настоящее время .рассматривается применительно
к целому ряду областей. Наиболее грандиозная перспектива - постройка
кольцевого синхрофазотрона со сверхпроводящей магнитной системой. При
увеличении индукции в .рабочем канале до 6-7 Т (в настоящее время она
составляет примерно 1 Т) возможно пропорциональное уменьшение размера
всего кольца при данной максимальной энергии ускоряемых частиц либо
получение еще более высокой энергии. Немалая доля трудностей, связанных с
реализацией этого эффекта, определяется тем, что поле в такой установке
должно возрастать от некоторого (относительно небольшого) начального
значения до максимального за время порядка 1 с. Как будет показано, такая
скорость изменения поля может уже считаться большой.
'Имеются и другие возможности применения сверхпроводников для получения
такого рода "постоянных" быстро изменяющихся полей, где эффекты,
связанные с переменностью поля, являются не основными, а скорее побочными
и играют лимитирующую, сдерживающую роль. Что же касается возможности
получения собственно переменных полей, например, на промышленных частотах
50-60 Гц, то тот уровень потерь, который может быть обеспечен при
использовании известных в настоящее время комбинированных проводников,
является чрезмерно высоким. Поэтому возможная эффективность .подобных
систем, в особенности при сопоставлении с "обычными" системами для
получения переменных полей, представляется совершенно .недостаточной.
Вопросы, связанные с определением потерь в комбинированных проводниках,
возникают и при расчете систем, предназначенных для получения постоянного
поля, в которых, однако, возможные внешние воздействия приводят к
колебаниям тока и перераспределению поля. Пример такого рода системы
может быть указан в связи с проектами использовния .сверхпроводящих
магнитных систем для бесконтактной подвески транспортных средств. В ряде
таких проектов подъемная сила должна создаваться за счет взаимодействия
магнитов, движущихся вместе с транспортом, с пассивными проводниками,
расположенными в полотне дороги. Любые перемещения .вагонов относительно
полотна, связанные с его неровностями, с аэродинамическими эффектами и г.
д., должны неизбежно приводить в конечном счёте к изменению как тока
магнитной системы, так и распределения магнитного поля.
Потери в комбинированном проводнике при изменении внешнего поля можно
рассчитать, если известен характер распределения поля по сечению
проводника. Рассмотрим .модель прямого комбинированного проводника,
полагая сначала транспортный ток равным нулю. Пусть внешнее иоле
возрастает достаточно медленно, так что распределение поля в любой момент
близко к равновес-
300
ному (см. рис. 9-2). Полагая изменение поля малым, можно считать
критическую плотность тока постоянной. Для этого случая нетрудно получить
следующее соотношение для мощности средних удельных потерь в проводнике:
Таким образом, плотность потерь для данного закона проникновения поля в
'проводник пропорциональна толщине проводника.
Если проводник несет транспортный ток /, отношение которого к
максимальному критическому току равно i, т. е. i=//267с, то
интегрирование в выражении для потерь следует производить от точки
"излома" в распределении поля, где ? = 0, и окончательная формула для
потерь приобретает следующий вид:
Для определения потерь, образующихся во всем объеме соленоида при
увеличении поля в заданном интервале, можно интегрировать потери по всему
