Стабилизация сверхпроводящих магнитных систем - Альтов В.А.
Скачать (прямая ссылка):
применение одножильной сверхтонкой проволоки сопряжены с чрезвычайными
трудностями. Число отдельных сверхпроводящих жил, входящих в состав
проводника, может меняться от десяти - двадцати до нескольких сотен или
даже тысяч. Помимо этого, комбинированный проводник содержит и нормальный
металл; он представляет собой либо чистый металл с высокой электрической
проводимостью (как правило, это медь), либо сплав с относительно низкой
проводимостью (например, медно-никелевый сплав типа константана). Иногда
выпускаются проводники, содержащие все три компонента [Л. 10-1].
Комбинированный проводник может представлять собой также кабель, свитый
из отдельных проводников, которые состоят из сверхпроводящих жил в общей
оболочке из нормального металла.
Для расчета параметров комбинированного проводника удобно построить его
упрощенную модель, которая легче поддается теоретическому анализу.
Наиболее простой и удобной для модельных расчетов является, естественно,
плоская структура, состоящая из большого числа чередующихся слоев
нормального металла и сверхпроводника. Для правильного представления
свойств реального проводника толщина отдельных слоев сверхпроводника
должна соответствовать диаметру сверхпроводящих жил, а общая ширина
модельного проводника - диаметру комбинированного проводника.
Следовательно, толщина нормальных слоев в модели определяется одно-
.значно по заданному коэффициенту заполнения. При этом некоторые
параметры (например, тепловое сопротивление) слоев не точно соответствуют
таким же параметрам в реальном проводнике. Не представляет труда, однако,
в подобных случаях ввести некоторые эффек-
271
тинные величины, варьируя значения параметров, таких как
теплопроводность, теплоемкость и т. п.
Поведение комбинированного проводника, помещенного в магнитное поле и
несущего некоторый транспортный ток, характеризуется рядом существенных
особенностей, которые могут быть должным образом отражены и в свойствах
плоской модели. Рассмотрим в качестве простейшего.примера процесс
проникновения внешнего магнитного поля в полубесконечное пространство,
занятое чередующимися слоями нормального металла и сверхпро-
Рнс. 10-1. Распределение магнитного поля в пространстве, занятом
чередующимися слоями нормального металла н сверхпроводника.
водника, когда поле параллельно поверхностям металла. Будем вновь
исследовать идеализированный бесконечно медленный, т. е. изотермический
процесс, в котором любое мгновенное распределение поля является
равновесным. Ясно, что в этом случае все токи, наводимые в нормальном
металле, успеют затухнуть и поле в нормальных областях будет однородным.
Таким образом, присутствие нормального металла вообще никак не скажется
на распределении поля, которое теперь может быть построено в точности так
же, как это делалось для одного сверхпроводника. Различие заключается
только в том, что 272
распределение имеет ступенчатый вид, поскольку значение поля на границе
сверхпроводника сохраняется во всей нормальной зоне (рис. 10-1,а).
Аналогично можно построить все распределения яри наличии только
транспортного тока (рис. 10-1,6), при наличии внешнего поля и тока (рис.
10-1,е) и т. д.
Если комбинированный проводник имеет бесконечную длину, то хотя
сверхпроводящие "слои" в нем не являются сплошными, проникновение поля в
общих чертах хорошо соответствует рассматриваемой модели. Линии поля не
могут проникнуть слишком глубоко через разрывы "слоев", пока они не
пересекут все сверхпроводящие проволоки, входящие в длинный слой. Таким
образом, плоская модель должна приблизительно правильно отражать свойства
круглого комбинированного проводника.
Из представленных на рис. 10-1 распределений поля
на первый взгляд может показаться, что при дроблении прямого
сверхпроводника на более мелкие доли устойчивость не повышается и вместе
с тем снижается такой важный показатель, как средняя плотность тока в
сечении. Действительно, из сопоставления рис. 10-1 и 9-5 становится ясно,
что во всех сходных случаях наблюдаются сравнимые значения энергии
экранирующих токов, составляющей основной источник неустойчивости
проводника. Однако включение дополнительных материалов в проводник может
заметно изменить характеристики основных процессов, так что определяющими
в этом случае могут стать те явления, которые в сплошном проводнике не
играли существенной роли.
10-2. КРИТЕРИИ АДИАБАТИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ПРЯМОГО КОМБИНИРОВАННОГО
ПРОВОДНИКА
Если материал, который окружает сверхпроводник, является сплавом с
высоким электрическим сопротивлением и плохой теплопроводностью, то
возможное увеличение устойчивости здесь действительно будет
незначительным. Это следует из сопоставления рассматриваемого проводника
с целым сверхпроводящим слоем равного размера.
Процесс развития скачка на начальной стадии можно, как и ранее, условно
разделить на малые ступеньки и рассчитывать тепловой баланс для каждого
элементар-18-865 273
ного шага. Отличие в расчете состоит в том, что спад поля по толщине
