Стабилизация сверхпроводящих магнитных систем - Альтов В.А.
Скачать (прямая ссылка):
характеристику комбинированного проводника с учетом кризиса кипения
жидкости.
Очевидно, что в той области состояний, где Г<ГВ + -НДГо (здесь Д7о -
критический температурный напор), вольт-амперная характеристика
существенно не изменится по сравнению с изображенной на рис. 4-5.
Отметим, что на диаграмме в-i, построенной для случая h - const, изотермы
представляют собой прямые, параллельные линии /=1. В самом деле, найдя из
уравнения (4-19) выражение для а(т, i) и подставив его в (4-18), получим:
-ДД- = х4-1- 1. (4-78)
Отсюда очевидно, что все изотермы, соответствующие т=0ч-'1, являются
прямыми, расположенными под углом л/4 к оси абсцисс (рис. 4-16). Из
соотношения (4-78) следует, что изотерма т=1 (т. е. Т=Тсо) совпадает
с линией f= 1, а изотерма т=0 (т. е. Т=ТВ) начинается го точке, где i=l.
Все изотермы, для которых т> 1, совпадают с изотермой т=1. Понятно, что
изотерма т=То (т. е. Т=ТВ + АТ0) также представляет собой прямую; она
располагается между изотермами т=1 и т=0.
Вольт-амперная характеристика комбинированного проводника с учетом
кризиса кипения гелия изображена на рис. 4-17. Как видно из этого
рисунка, линии а = const имеют излом при пересечении изотермы т=То. В
условиях пленочного кипения линии равновесных состояний комбинированного
проводника, являющиеся продолжениями линий а=const от точек их
пересечения с изотермой т=То, строго говоря, не характеризуются условием
а=const, так как величина h переменна. Поэтому обозначение а=const для
этих линий является в известной мере условным.
100
Линии равновесных состояний, изображенные на рис. 4-17, имеют,
естественно, тот же физический смысл, что и линии равновесных состояний
на рис. 4-5. Особый интерес представляет анализ линий, для которых а<1.
После того, как при превышении критического тока (i>l) температура
комбинированного проводника достигнет То, т. е. линия а<1 пересечется с
изотермой (точка b на рис. 4-17), в результате перехода к пленочному
режиму кипения температура проводника резко
о /// /
У/./Л //4/ W У с
Рис. 4-16. Семейство изотерм, соответствующих различным значениям т.
Рис. 4-17. Вольт-ампер-ная характеристика комбинированного проводника с
учетом кризиса кипения гелия.
возрастает. Сверхпроводник переходит в нормальное состояние, и весь ток
вытесняется в подложку (линия b-с). Очевидно, что при снижении тока весь
ток будет проходить через подложку до тех пор, пока джоу-лево
тепловыделение в подложке не снизится до такого уровня, при котором
температурный напор станет равным ДТс0=Тс0-Гв. Значение удельного
теплового потока, соответствующего этому температурному напору, обозначим
через q* (см. рис. 4-15).
Следует подчеркнуть, что при температурном напоре ДГео режим кипения все
еще остается пленочным. При уменьшении тока ниже im температура
комбинированного проводника становится меньше Тс0 и весь ток переходит в
сверхпроводник (линия е-f на рис. 4-17).
Ток \.т может быть определен с помощью следующего уравнения теплового
баланса, соответствующего точке е:
q*P = pI2JA (4-79)
101
откуда
im=l /yVt
(4-80)
где
a'=p i2Jq*PA.
(4-81)
Структурно уравнение (4-80) сходно с (4-28). Различие заключается в том,
что вместо критерия стабильности Стекли здесь фигурирует аналогичный по
физическому смыслу параметр а'.
Очевидно, что условие полной стабилизации комбинированного проводника при
пленочном режиме кипения запишется в виде
tm=l, (4-82)
откуда
a'= 1. (4-83)
Если формально записать
q*=h'(Tc(r-TB), (4-84)
где h'-коэффициент теплоотдачи в области пленочного кипения, то из (4-81)
и (4-22) следует, что
a _h! a' ~' h '
(4-85)
Отношение h'lh можно принять равным 0,03. Следовательно, для того, чтобы
комбинированный проводник был полностью стабилизирован по отношению к
пленочному режиму кипения, необходимо выполнение условия a "0,03 (рис. 4-
18). В таком комбинированном проводнике доля сечения, занятая
сверхпроводником, и конструктивная плотность тока в проводнике (т. е.
отношение тока в сверхпроводнике к полному сечению комбинированного
проводника) весьма малы. Поэтому полная стабилизация по отношению к
пленочному режиму кипения не всегда целесообразна.
В случае, когда комбинированный проводник полностью стабилизирован по
отношению к пузырьковому режиму кипения ("< <1), а по отношению
кпленочно-
V
л
\ А
у/ f
Г ,ё V 1
Рис. 4-18. Вольт-амперная характеристика комбинированного проводника,
полностью стабилизированного по отношению к пленочному режиму кипения.
102
му режиму стабилизирован частично (а'>1, т. е. im<l), ток в
комбинированном проводнике можно обратимо увеличивать выше 1=1, но не
выше значений, соответствующих переходу от пузырькового к пленочному
режиму кипения (см. рис. 4-17).
Если в сверхпроводнике возникнет нормальная зона и весь ток вытеснится в
подложку, то в случае, когда ток не слишком велик, джоулево
тепловыделение в подложке не будет превышать qKP и, следовательно,
равновесная температура проводника не превысит т(1. При этом режим
