Июнь 18th, 2013
Вопросы криогеники будут часто возникать во всех крупномасштабных применениях сверхпроводимости,Б. Первые технические сверхпроводникиВ начале 60-х годов, когда стала широко доступной ниобий-циркониевая проволока (как правило, диаметром около 0,25 мм), многие лаборатории начали эксперименты с небольшими сверх-иРис. 2. Одна из первых сверхпроводящих катушек из ниобий-циркониевой проволоки.проводящими соленоидами. На рис. 2 показана катушка, типичная для того периода. С помощью таких катушек, бывших тогда новинкой, проводились многочисленные научные эксперименты в магнитных полях с индукцией 4—5 Т, но когда их эксплуатационные качества были оценены критически конструкторами промышленных машин и магнитов, результаты оказались не особенно привлекательными. Достигнутые характеристики часто были неустойчивыми, и казалось, что необходима черная магия, чтобы сделать хорошую катушку. Плохие эксплуатационные качества объяснялись двумя основными причинами: присущей сверхпроводникам нестабильностью и плохими условиями охлаждения. Сопротивление сверхпроводников в нормальном состоянии довольно высокое (30• 10~6 Ом-см), и поэтому сверхпроводник легко переходил в нормальное состояние. В такой ситуации непрактично было бы вкладывать значительные суммы в создание очень больших магнитов или крупных электрических машин.В. Стабилизированный сверхпроводникРешение проблемы нестабильности сверхпроводников началось с осознания необходимости улучшить охлаждение сверхпроводящей катушки и обеспечить другой путь протекания тока при переходе сверхпроводника (на небольшом участке) в нормальное состояние с довольно большим сопротивлением. Было предложено много методов стабилизации, но наибольшее распространение получил метод, при котором сверхпроводник заключался в медную оболочку с хорошей металлической связью между медью и сверхпроводником. Если при этом еще обеспечивалось хорошее охлаждение меди гелием, то эксплуатационные качества сверхпроводника значительно улучшались. Суть этого метода довольно проста: если в результате нестабильности в сверхпроводящей проволоке появляется небольшой нормальный участок, то он шунтируется медью, сопротивление которой намного меньше, и, следовательно, ток течет по меди. Если при этом выделяющееся в меди тепло 2р может быть отведено посредством теплоотдачи от меди в гелий, то сверхпроводник стабилизируется, нормальный участок проводника будет охлаждаться и по нему снова потечет ток. Этот процесс поясняется рис 3. Одна из первых попыток достижения такой стабильности в семижильном ниобий-циркониевом кабеле иллюстрируется на рис. 4, а образец технического стационарно стабилизированного ниобий-титанового провода показан на рис. 5. На рис. 6 приведена вольт-амперная характеристика этого провода, из которой видно, что в поле 3,2 Т на образце не возникает напряжения вплоть до тока 1000 А, при больших значениях тока появляется небольшое напряжение и можно снять вольт-амперную характеристику. Важным свойством этой характеристики является ее обратимость — при уменьшении тока напряжение уменьшается. Проводник при этом находится на границе области стабильности, и ток делится между медью и сверхпроводником. Чем больше ток, тем большая его часть будет протекать в меди, и в конце концов возможности теплоотвода исчерпаются и стабильность нарушится. Такая же ситуация возникает и при слишком быстром изменении тока, и это основной недостаток стационарно стабилизированных сверхпроводников: ток нельзя увеличивать слишком быстро (по-видимому, характерное время — не менее нескольких минут). Однако обеспечение достаточной стабильности позволило построить несколько больших магнитов и, как мы увидим ниже, послужило толчком к разработке электрик ческих сверхпроводящих машин.
