Стабилизация сверхпроводящих магнитных систем - Альтов В.А.
Скачать (прямая ссылка):
нормальной зоны в разреженной обмотке от процесса в плотной обмотке,-
тем, что в первой этот процесс является одномерным, а во второй -
трехмерным.
Поскольку запасенная энергия для обоих соленоидов примерно одинакова (так
как индуктивности близки, а начальные токи /о одинаковы) и поскольку
постоянные времени процесса для этих соленоидов отличаются относительно
мало, из сказанного выше следует, что плотность джоулева тепловыделения
на единицу длины проводников в плотной обмотке значительно меньше, чем в
разреженной. Одно и то же количество энергии выделяется и плотной обмотке
на значительно большем участке* чем в разреженной.
Степень повышения температуры в нормальной зоне определяется,
естественно, не только мощностью тепловыделения, но и условиями
теплоотвода в окружающую среду. Для участка провода обмотки охлаждаемого
соленоида, имеющего во время переходного процесса наибольшую температуру
и находящегося в центральной части нормальной зоны, теплоотводом по
металлу вдоль провода можно, по-видимому, пренебречь. В связи с этим для
объяснения относительно большого нагрева нормальной зоны охлаждаемой
обмотки могут быть использованы представления, развитые нами в гл. 5 для
комбинированного проводника, имеющего во всех точках одинаковую
температуру.
Было показано, что для комбинированного провода существует характерное
значение тока /*, зависящее от индивидуальных свойств провода и условий
охлаждения,
240
выше которого тепловое равновесие вообще не MOiKet быть достигнуто.
Поэтому после перехода образца в нормальное состояние его температура
неограниченно возрастает вплоть до значений, соответствующих пережогу
провода.
Переход обмотки в нормальное состояние при начальном токе /о>/*
сопровождается повышением температуры, которое при данных условиях
охлаждения существенно зависит от запасенной энергии магнитного поля
О
50
100
Рис. 8-15. Вольт-амперные характеристики участка проводника,
соответствующие переходу соленоида с раз-реженной обмоткой в нормальное
состояние.
Рис. 8-16. Вольт-амперные характеристики участка обмотки, перешедшего в
нормальное состояние.
1 - для плотной обмотки: 2 - для разреженной обмотки.
соленоида. Для соленоида с. большой индуктивностью (/-const) пережог
провода неизбежен. В небольших соленоидах ток в обмотке достаточно быстро
падает. При этом достигается некоторое максимальное значение температуры
в обмотке. Максимальная температура зависит от 'индуктивности соленоида и
от разности Д/=/о-/*.
На рис. 8-15 представлены вольт-амперные характеристики участка
проводника, соответствующие переходу рассмотреннего выше соленоида с
разреженной обмохкой в нормальное состояние при различных значениях Д.
Используя метод, описанный в § 6-2, по приведенным кривым перехода можно
восстановить вольт-амперную характеристику, соответствующую состояниям
теплового равновесия данного проводника (пунктирная линия). Как следует
из рисунка, для рассматриваемого, провода /*"* 16-865 241
*"57 А, и следовательно, переход разреженной обмотки input первоначальном
"замороженном токе" /о = 150 А .должен сопровождаться существенным
повышением температуры.
Как видно из рис. 8-14, в рассматриваемом небольшом экспериментальном
соленоиде с разреженной обмоткой в процессе распространения нормальной
зоны достигается температура около 150 К. 'Понятно, что в значительно
более крупных сверхпроводящих ' магнитных системах с разреженной обмоткой
повышение температуры в процессе распространения нормальной зоны может
быть столь большим, что приведет (при отсутствии защиты) к пережогу
обмотки.
Таким образом, из сказанного очевидно, что, сколь это ни парадоксально на
первый взгляд, охлаждаемые (разреженные) обмотки могут оказаться менее
надежными в отношении возможности пережога, чем неохлаж-даемые (плотные).
На рис. 8-16 показана зависимость разности потенциалов на участке
обмотки, перешедшем в нормальное состояние Нн.з от тока в обмотке I. Как
видно из графика, максимальная величина ?/н.3 для плотной обмотки почти в
2 раза выше, чем для разреженной. Это объясняется тем, что как было
отмечено, величина Rs.3 для плотной обмотки значительно выше, чем для
разреженной. Кроме того, индуктивности рассматриваемых экспериментальных
соленоидов практически одинаковы (см. табл. 8-2), а постоянные времени
процесса распространения нормальной зоны отличаются не слишком сильно.
Следует подчеркнуть, что малая величина Нн.3 для рассматриваемых
соленоидов не означает, что в процессе •распространения нормальной зоны
по сверхпроводящей обмотке величина Йн.з не достигает опасных значений. В
данном случае рассмотрены лишь миниатюрные экспериментальные соленоиды,
предназначенные для изучения качественных закономерностей. Как показывает
практика, g более крупных системах разность потенциалов Нн.3 резко
возрастает; даже в относительно небольших экспериментальных соленоидах с
индуктивностью, равной всего лишь нескольким генри, величина указанного
