Стабилизация сверхпроводящих магнитных систем - Альтов В.А.
Скачать (прямая ссылка):
сверхпроводнику, находящемуся в сверхпроводящем состоянии, нет падения
напряжения.
Рассмотрим вначале случай, когда а=1. Очевидно, что если тепловое
равновесие в комбинированном проводнике, через который течет ток /=/св,
устанавливается при температуре Т=Тсо, то уравнение (4-8) в безразмерной
форме имеет вид а=1. Таким образом, комбинированный проводник,
характеризующийся значением а=1, это такой проводник, при пропускании
через который тока /св (критического тока сверхпроводника при температуре
гелиевой ванны Тв) тепловое равновесие устанавливается при температуре
проводника, равной критической температуре данного сверхпроводника при
нулевом токе К
Следовательно, в этом случае при /=/св (т. е. 1=1) весь ток течет по
подложке. При /</св температура комбинированного проводника окажется ниже
Тсо, сверхпроводник перейдет в сверхпроводящее состояние и весь ток /</св
возвратится в сверхпроводник.
На графике рис. 4-2 значения безразмерного падения напряжения для случая
а=1 при i^l располагаются на прямой /=1, а при isc; 1 -на оси абсцисс (/
= 0); при i=l величина UA/pICB изменяется от 0 до 1.
Из сказанного следует, что если причина появления нормальной зоны в
сверхпроводнике имеет флюктуа-ционный характер (например,
"катастрофический" скачок потока), то в комбинированном проводнике, у
которого а=1, сверхпроводимость при любых токах вплоть до / = /св
восстанавливается сразу же после устранения причины, вызвавшей появление
нормальной зоны. Иными словами, в этом комбинированном проводнике
сверхпроводник остается в сверхпроводящем состоянии при любых токах
/</св. Следовательно, в таком комбинированном проводнике полностью
исключен эффект деградации тока. Рассматриваемый проводник принято
называть полностью стабилизированным.
Необходимо отчетливо представлять себе физический смысл параметра а.
1 Говоря более строго, тепловое равновесие комбинированных проводников
при а=1 для критического тока /с возможно во всем Диапазоне температур
7"-Тс.
79
Как отмечалось выше, при появлении в сверхпроводнике нормальной зоны весь
ток в первый момент вытесняется в подложку и дальнейшая "судьба" этого
тока зависит от условий отвода джоулева тепла, выделяющегося в подложке в
эти первые мгновения после возникновения нормальной зоны. Следовательно,
важно выяснить, какую температуру Т имеет комбинированный проводник,
когда весь ток /с течет по подложке. Для этого случая уравнение теплового
баланса запишется следующим образом:
hP(T-TB) = PI2JA, (4-25)
откуда
т. е.
Т- Тв Р'св
Тс0 - Та - AhP (Тс11 - Тв) *
(4-26)
т = а. (4-27)
Следует подчеркнуть, что это уравнение справедливо только для случая,
когда весь ток течет по подложке, причем этот ток критический (/СБ).
Отсюда очевидно, что если а>1, то при 1=1СВ получаем Т>Тсо и весь ток
остается в подложке; лишь при уменьшении тока ниже значения,
определяемого уравнением (4-7), температура комбинированного проводника
становится меньше Тсо и ток возвращается в сверхпроводник. Если же а<1,
то при 1-1св получаем Т<ТСо и ток делится между сверхпроводником и
подложкой.
Рассмотрим теперь случай а>1 (рис. 4-3). При увеличении тока /
сверхпроводник остается в сверхпроводящем состоянии до тех пор, пока ток
не достигает критической величины /=/со- В процессе увеличения тока при
/</* температура комбинированного проводника равна температуре гелиевой
ванны. При превышении критического тока сверхпроводник переходит в
нормальное состояние и весь ток вытесняется в подложку. Температура
комбинированного проводника при этом оказывается выше критической
температуры при нулевом токе Тс0; это очевидно, например, из уравнения
(4-27). Состояния, соответствующие значениям тока i>l, располагаются на
вольт-амперной характеристике на прямой /=1. Таким образом, при
увеличении тока комбинированный проводник, у которого а>1, проходит
80
состояния, расположенные на участке О-а-b-с (рис. 4-3).
Рассмотрим процесс снижения тока, начиная с некоторого значения i>l. При
i>l весь ток течет по подложке, в которой выделяется определенное
количество джоулева тепла. Уменьшим ток до величины i=l (/=/св). Казалось
бы, при этом сверхпроводник должен перейти в сверхпроводящее состояние.
Однако этого не происходит, при а>1 ток, идущий по подложке, даже при i<l
разогревает проводник столь сильно, что его температура оказывается выше
Тс0 в определенном интервале значений тока i<l. Разумеется, чем меньше
ток 1 (/</св), тем более низкой оказывается равновесная температура
комбинированного проводника Т. Наконец, при некотором токе /т<Л-в
равновесная температура Т станет равной Гс0, при дальнейшем снижении тока
сверхпроводник перейдет в сверхпроводящее состояние и весь ток
возвратится в сверхпроводник. Таким образом, при уменьшении тока
комбинированный проводник, у которого а>1, проходит состояния,
расположенные на участке с-d-е-О.
Величина lm называется минимальным током существования нормальной зоны и
определяется уравнением (4-7), которое с учетом (4-22) может быть
