Влияние теплоемкости и проводимости нормальной матрицы NbTi композитного сверхпроводника на устойчивость к скачкам магнитного потока

Abstract

Во внешнем переменном магнитном поле экспериментально исследована устойчивость к скачкам магнитного потока трех образцов из NbTi композитных сверхпроводников: одного одножильного и двух многожильных. Проведено сравнение эксперимента с теорией термомагнитной стабильности композитных сверхпроводников. Найдены пороговые значения скоростей изменения внешнего магнитного поля, начиная с которых теплоемкость и проводимость нормальной матрицы композита становятся определяющими стабилизирующими факторами. Экспериментально обнаружена не встречавшаяся ранее возрастающая зависимость поля первого скачка магнитного потока от скорости роста внешнего магнитного поля в сверхпроводящем проводе для МРТ. Причина эффекта -шунтирующее действие медной матрицы высокой чистоты и низкое объемное содержание сверхпроводника в композите (∼ 10%). ВведениеПод термомагнитной стабильностью понимают устой-чивость к малым возмущениям профиля магнитного потока, проникающего в сверхпроводник, при изме-нении внешнего магнитного поля или транспортного тока. Важно ответить на вопрос -при каких усло-виях распределение тока в сверхпроводнике остается устойчивым и не развивается лавинообразный процесс перераспределения тока (скачок магнитного потока), который способен вызвать переход сверхпроводника в нормальное состояние.Для понимания серьезности проблемы можно упомя-нуть проект LARP (Large Hadron Collider Accelerator Research Program) с участием известных лабораторий, таких как: ФермиЛаб (FNAL), Брукхейвенская нацио-нальная лаборатория (BNL), Национальная лаборатория Лоуренса в Беркли (LBNL). Проект направлен на со-здание Nb 3 Sn-проводников с большой плотностью тока (12 T/4.2 К/2.6.10 9 А/m 2 ) для модернизации дипольных и квадрупольных магнитов Большого адронного коллайде-ра. Их работы 2005-2010 гг. свидетельствуют о том, что проявления коллективных скачков магнитного потока собственного поля существенно снижают достигаемые значения токов в обмотках квадрупольных магнитов (40−70% от тока короткого образца -максимально достигаемого значения) [1].Анализ устойчивости и его результаты существенно зависят от соотношений характерных времен тепловых и электромагнитных процессов в сверхпроводнике: маг-сверхпроводника, ρ -дифференциальное сопротивле-ние сверхпроводника, которое при достаточно низких уровнях электрических полей во много раз меньше, чем сопротивление стабилизирующей нормальной матрицы, C -объемная теплоемкость сверхпроводника, λ -коэффициент поперечной теплопроводности, h -коэф-фициент теплопередачи с поверхности.В жестких сверхпроводниках (без нормального метал-ла) τ m ≪ τ λ , а в многоволоконных композитных τ m ≫ τ λ . Теплообменное время может сильно изменяться в зави-симости от условий охлаждения. Практический интерес представляет случай τ m ≫ τ h , τ m ≫ τ λ , для которого в работе [2] был получен критерий устойчивости, учиты-вающий только один стабилизирующий фактор -охла-ждение. При больших скоростях изменения внешнего магнитного поля или транспортного тока необходимо учитывать и другой стабилизирующий фактор -тепло-емкость. Такой крите...

Tермомагнитная Стабильность И Токонесущая Способность REBCO-лент Без Медного Покрытия При 4.2 K

“…Скачок магнитного потока представляет собой очень быстрое проникновение магнитного поля в центр образца при разрушении замкнутой петли экранирующих токов с нагревом образца до критической температуры. Фактически временная диаграмма сигнала с датчика Холла (внутреннее поле образца) носит форму ступеней, поскольку при охлаждении образца после скачка процесс экранирования продолжается до следующего скачка [13].…”