Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
В процессе развития неустойчивости выделяется дополнит. энергия, запасённая в токах, экранирующих сверхпроводящий провод, когда он находится во виеш. магн. поле. Эта энергия тем больше, чем больше диаметр сверхпроводящих вЬлокон и нх критич. ток, поэтому обмоткн из проводов с толстыми волокнами и из проводов с высокой Токонесущей способностью более подвержены деградации. В С. м. с медленно изменяющимся магн. полем, таким, что возникающее электрич. поле нигде в проводе He превышает «электрич. поля срыва» (0,1—10 ми В/CM), термомагн. неустойчивость ие развивается самопронзвольно н для перевода провода в норм, сос^янее нробх^димр внеш. возмущение конечной величины^ В оШгщіх с быстро меняющимся полем возможно спонтанной развитие термомаги. неустойчивостей.
Увеличение или уменьшение норм, зоны, возникшей в обмотке под влиянием возмущения, зависит от баланса выделения в этой зоне тепла и теплообмена в обмотке. Несверхпроводящая зона может исчезнуть, и при этом режим С. м. не нарушится, а может и распространиться по обмотке. Защита С. м. в этом случае заключается в уменьшении тока в обмотке со скоростью, позволяющей не допустить чрезмерного перегрева обмоточного провода и слишком быстрого испарения жидкого гелия, HO и не столь большой, чтобы растущие в обмотке электрнч. напряжения могли повредить изоляцию провода.
Выбор способа защиты обмотки при переходе её в норм, состояние зависит от скорости распространения в ней норм. зоны. В С. м., в к-рых зта скорость мала, применяют активную защиту: отключив источник питания, представляют току возможность затухнуть иа сопротивлении * расположенном вие криостата. При невозможности применения активной защиты стараются искусственно увеличить скорость распространения норм, зоны, чтобы запасённая энергия выделилась в обмотке возможно равномернее и не привела к локальным перегревам.
Меры борьбы с деградацией заключаются в уменьшении частоты и амплитуды механич. возмущений (для этого закрепляют провод по всей длине обмотки).
Саму обмотку делают возможно более жёсткой и ограничивают возможности развития термомагн. неустойчивости, используя обмоточные провода с весьма тонкими сверхпроводящими волокнами (0,1—30 мкм), скрученными вокруг продольной оси. Повышают также устойчивость к возмущениям и обеспечивают условия для исчезновения в проводе норм, аоны, если она возникла (для этого в сечении провода увеличивают долю норм, металла с высокой электропроводностью, повышают эфф. теплоёмкость провода и улучшают его теплообмен с жидким гелнем). При обеспечении отвода к хладагенту практически всего тепла, генерируемого при рабочем токе в проводе, нагретом до критич. темп-ры, возникшая норм, аоиа неизбежно исчезает.
Такие стационарно стабилнаиров. обмотки иаиб. надёжны, HO этот метод используют лишь в особо крупных С. м., поскольку требующееся коя-во норм, металла и значит, сеченне необходимых для хладагента каналов резко снижают ср. плотность тока в обмотке .
(до 3—IO-IO7 А/м2), делая её весьма громоздкой. He- 445
СВЕРХПРОВОДЯЩИЙ
СВЕРХРЕФРАКЦИЯ
обязательное осуществление хорошего теплообмена в обмотках, где возмущения ограничены, позволяет достигать в них высоннх ср. плотностей тока (2—5-Ю8 А/ма). Однако обычио эти значения заметно меньше критич. плотности тока в сверхпроводнике. Выбираемая при проектировании С. м. ср. плотность тока зависит от значении запасённой в обмотке энергии, требований к надёжности С. м., а также от макс. индукции в обмотке. В С. м., рассчитываемых на получение
446
Внешний вид сверхпроводящего магнита установки «Тока-мак T-15» Института атомной энергии имени И. В. Курчатова (Москва, 1988).
сильных магн. полей, при к-рых плотность тока в нро-воде ограничивается макс. значением индукции в обмотке, ср. плотность тока можно повысить за счёт применения проводов разных сечеиий (большого в области с высокой индукцией и меньшего в областях с низкой индукцией). Такая оптимизация сечення проводов обмотки позволяет увеличить ср. плотность тока в неск. раз по сравнению с локальной плотностью тока в областн макс. индукции.
С. м. нашли широкое применение в науч. приборостроении. Сверхпроводящие соленоиды с индукцией до 15—16 Тл используются для исследований в физнне твёрдого тела и для испытаний сверхпроводящих материалов. Для ЯМР-спектрометров используют высо-костабильиые С. м. с короткозамкнутой обмоткой и характерным временем изменения магн. поля до IO10 с. С. м. в физике высоких энергий служат в качестве отклоняющих, фокусирующих и анализирующих магнитов (см. Детекторы), иапр.: ускоритель с энергией протонов до 0,8 ТэВ в Лаборатории им. Ферми (США); сооружаемый в пос. Протвина под Москвой ускоритель-но-иакоиит. номплекс с энергией протонов до 3—5 ТэВ; пузырьковая камера объёмом 33,5 м®, в С. м. к-рой запасена энергия 800 МДж (ЦЕPH, Швейцария). Особо крупные С. м. применяют в физике плазмы и в прототипах термоядерных реакторов. Введённая в 1989 в СССР (Ин-т атомной энергии им. И. В. Курчатова) установка «Токаман Т-15*, имеет тороидальный С. м. с запасаемой энергией 0,5—1 ГДж (рис.). ЯМР-томо-графы с С. м. используют в медицине.
