Физика композитных сверхпроводников - Гуревич А.Вл.
Скачать (прямая ссылка):
выражение для td имеет вид
тгд0Л25/,
Ь = ------------, (1.68)
o/i
где R - радиус сверхпроводящего провода, 23 - диаметр соленоида. Полагая
/, = I0~2je, jr = 3 • 109А/м2, R = 10'4м, 2)= 0,1 м, /Г= 10'1 °В/м,
находим td ~ 1,5 Ю6с "= 17 сут. В этих же условиях время tf = tdE/E(0)
при Е(0) = 10 s В/м составляет около 15 с.
37
ГЛАВА 2
СТРУКТУРА И ФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
КОМПОЗИТНЫХ СВЕРХПРОВОДНИКОВ
В сверхпроводящем композите в единое целое объединены жесткий
сверхпроводник и нормальный металл, находящиеся в электрическом и
тепловом контакте между собой. Структура таких проводников определяется
их назначением и может быть весьма сложной. Сверхпроводящие композиты
позволяют наиболее эффективно использовать одно из основных достоинств
жестких сверхпроводников - высокую плотность критического тока. Именно на
их основе создаются проводники с большими критическими токами. Изменяя
структуру и применяя жесткие сверхпроводники и нормальные металлы с
различными электрическими, тепловыми и механическими свойствами, можно
влиять на устойчивость сверхпроводящего состояния, потери энергии в
переменных магнитных полях, пластичность, прочность и другие важные
физические характеристики сверхпроводящих композитов.
В этой главе описаны основные типы современных композитных
сверхпроводников и их физические свойства. Кроме того, приведены значения
электрических, тепловых и механических характеристик жестких
сверхпроводников и нормальных металлов, чаще всего использующихся при
создании сверхпроводящих композитов.
§ 2.1. Композитные сверхпроводники
Современные композитные сверхпроводники по своей структуре можно
разделить на три основных типа [23, 54-56]:
1) многожильные композиты, состоящие из матрицы нормального металла с
внедренной в нее относительно регулярной структурой сверхпроводящих
жилок;
2) ленточные композиты, представляющие собой сравнительно широкую ленту
из чередующихся слоев сверхпроводника и нормального металла;
3) волокнистые композиты, изготовленные по той или иной технологии из
неупорядоченной смеси порошков нормального металла и сверхпроводника.
В настоящее время наиболее распространены многожильные композитные
сверхпроводники. На рис. 2.1 показано несколько простейших конструкций
таких проводников. Чаще всего используются композитные сверхпроводники
круглого сечения (рис. 2.1, а). Иногда применяют сверхпроводящие
композиты с прямоугольным сечением (рис. 2.1, б) . В ряде случаев
38
6
в
а
Рис. 2.1. Примеры композитных сверхпроводников простейшей конструкции
(сверхпроводник зачернен)
Рис. 2.2. Сверхпроводящая жилка с ободком ив высокоомного сплава: а) 1 -
сверхпроводник, 2 - сплав, 3 - матрица; б) / - ниобий, 2 - соединение
Nb3Sn, 3 - бронза, 4 - медь
в композитном сверхпроводнике делают каналы (рис. 2.1, в), по которым
прокачивают охладитель - жидкий гелий.
Матрицу многожильных композитных сверхпроводников, как правило,
изготавливают из металлов с хорошей электропроводностью (Си, А1). Иногда
в композитах с относительно небольшим числом сверхпроводящих жилок, для
этой цели используют и высокоомные сплавы (Си-Ni, Си-Sn и др.) -
Диаметр провода из композитного сверхпроводника, как правило, составляет
от 1СГ4м до (2-^3) • 10'3 м. Число сверхпроводящих жилок варьируется от
нескольких единиц до нескольких тысяч (и даже сотен тысяч), а диаметр
жилок - от 1СГ6м до 1СГ4м. Объемное содержание сверхпроводника в
многожильных композитах обычно не превышает
Структура композитного сверхпроводника, изображенная на рис. 2.1, а,
характерна для проводников, изготовленных на основе сверхпроводящих
сплавов Nb-Ti различного состава. Часто используют и более сложные
конструкции; например, проводники, в которых сверхпроводящие жилки
расположены однородно в плоскости поперечного сечения провода (как это
показано на рис. 2.1, а), но каждая из жилок окружена ободком из
высокоомного сплава (рис. 2.2). Толщина ободка, как правило, порядка 1(Г6
м, он служит дополнительным резистивным ''барьером" при перетекании тока
из сверхпроводника в нормальный металл. В ряде случаев этот ''барьер"
приводит к снижению потерь энергии в переменном магнитном поле. Примером
композитных сверхпроводников с такой структурой
-J -2 - I
а
6
604-70%
39
Рис. 2.3. Поперечный срез трех композитов: а) в центре проводника -
медный провод, окруженный ободком из тантала, сверхпроводящие жилки из
соединения Nb3Sn находятся в матрице из меди [57]; б) проводник из
пропаянных сплавом CdZnAg медных и сверхпроводящих композитных проволок,
в центре - канал для жидкого гелия [57];в) проводник из композитных
сверхпроводящих проволок с жилками из соединения V3Ga и центральной
медной проволоки [58]
могут служить распространенные в настоящее время проводники,
изготовленные на основе сплавов Nb-Ti и меди, с резистивным ободком из
высокоомного сплава Си-Ni [55].
Усложнение конструкции композитов может быть связано и с технологией
производства самого сверхпроводника, как это имеет место для проводников
