Стабильность и переход в нормальное состояние сверхпроводящих устройств : Экспериментальные исследования

• Автор: Высоцкий, Виталий Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.13
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 322 с. : ил.

Введение. Актуальность темы, постановка задачи, новизна работы

Общая структура работы

Часть I. Переход в нормальное состояние низкотемпературных

сверхпроводящих токонесущих элементов в нестационарных условиях

Введение к части I

Глава 1 Переход в нормальное состояние сверхпроводящих устройств в нестационарных условиях (краткий обзор литературы и

постановка задачи)

Глава 2 Развитие перехода в нормальное состояние в многопроволочных

сверхпроводящих кабелях

2.1 Экспериментальное исследование развития перехода в

многопроволочном кабеле с изолированными проволоками

2.2 Модель развития перехода в многопроволочном сверхпроводящем
кабеле с изолированными проволоками
2.3 Выводы к Главе 2
Глава 3 Процесс перехода в нормальное состояние в многоволоконных
сверхпроводящих проводах с меняющимся током
3.1 Распространение перехода в сверхпроводниках с меняющимся током
3.1.1 Несекционированный образец
3.1.2 Длинный образец с набором потенциальных контактов
3.1.3 Сверхпроводящий провод большого сечения
3.1.4 Выводы к разделу 3.1
3.2 Распространение перехода в сверхпроводнике с падающим током
3.3 Развитие перехода в неоднородных сверхпроводниках с меняющимся
током
3.3.1 Влияние неоднородностей на ток перехода в сверхпроводнике с
меняющимся током
3.3.2 Неоднородности и развитие перехода в сверхпроводнике с
меняющимся током
3.3.3 Обсуждение результатов
3.3.4 Выводы к разделу 3.3
Выводы к Г лаве 3
Заключение к Части I
Часть II Стабильность многопроволочных сверхпроводящих кабелей
Введение к Части II

Глава 4 Стабильность сверхпроводящих устройств на основе
многопроволочных кабелей, проблемы и задачи (краткий обзор
литературы, постановка задач)
Глава 5 Исследование стабильности многопроволочных кабелей для
работы на промышленной частоте переменного тока
5. 1 Токонесущая способность сверхпроводящих многоволоконных
проводов на промышленной частоте переменного тока
5.1.1 Исследуемые образцы
5.1.2 Результаты измерений
5.1.3 Обсуждение результатов
5.1.4 Выводы к разделу 5.1
5.2 Исследование стабильности двупроволочных кабелей
5.2.1 Границы стабильности на постоянном токе
5.2.2 Стабильность двупроволочных кабелей при меняющемся токе
5.2.3 Обсуждение результатов для кабелей с меняющимся током
5.2.4 Выводы к разделу 5.2.
5.3 Экспериментальные методы исследования распределения токов в многопроволочных сверхпроводящих кабелях
5.4 Результаты исследования деградации токов в многопроволочных сверхпроводящих кабелях различной конструкции
5.4.1 Сравнение 6-ти проволочных кабелей - твистирование и круглая
плетенка
5.4.2 Исследование перераспределения токов в многопроволочных кабелях различного типа
5.5 Обсуждение результатов и критерий "одно-проволочной" или "электродинамической" стабильности
5.6 Выводы к Главе 5
Глава 6 Исследование зависимости тока перехода от скорости нарастания
тока (Ramp Rate Limitation) в "кабелях в оболочке"
6.1 Экспериментальные методы исследования кабелей в оболочке и
эксперимент с малым модельным образцом
6.1.1 Эксперименты с малым модельным образцом КВО
6.1.2 Результаты экспериментов с малым модельным образцом КВО.
6.2 Обсуждение и анализ результатов экспериментального исследования
деградации в малых модельных образцах КВО
6.2.1 Положение центра всех токов
6.2.2 Быстрые изменения (скачки) локального магнитного поля.
6.3 Эксперимент по прямому измерению распределения токов в модельном
образце КВО на основе сплава ниобий- олово
6.3.1 Модельный образец
6.3.2 Датчики, калибровка и измерения
6.4 Результаты эксперимент по прямому измерению распределения токов
в модельном образце КВО и их обсуждение.
6.4.1 Критический ток образца и зависимость тока перехода от скорости
ввода поля
6.4.2 Распределение тока по проволокам во время изменения магнитного
поля
6.4.3 Распределение тока по проволокам после ввода тока
6.4.4 Обсуждение результатов - причины деградации в КВО
6.4.5 Выводы к разделам 6.3 и 6.4.

6.5 Анализ скачков напряжения в кабелях и их связь с деградацией тока
6.5.1 Модель для анализа скачков напряжения
6.5.2 Результаты анализа скачков напряжения в модельных образцах
6.5.3 Обсуждение результатов
Выводы к разделу 6.5
6.6 Эксперимент с локальными датчиками поля на крупном
сверхпроводящем магните.
6.6.1 Описание эксперимента.
6.6.2 Результаты эксперимента и их обсуждение
6.6 3 Выводы к разделу 6.6
6.7 Выводы к главе 6
Заключение к Части II
Часть III Стабильность и развитие теплового перехода в устройствах
на основе высокотемпературных сверхпроводников
Введение к части III
Глава 7 Методы изучения и описания перехода в нормальное состояние в устройствах на основе высокотемпературных сверхпроводников (краткий обзор литературы и постановка задачи)
7.1 Эксперименты по изучению процесса перехода в
высокотемпературных сверхпроводящих устройствах.
7.2 Численные методы изучения процесса перехода в ВТСП
7.3 Заключение к Главе 7
Глава 8 Экспериментальное исследование развития перехода в различных
устройствах на базе высокотемпературных сверхпроводников
8.1 Экспериментальное исследование перехода в короткой, В12212Л^,
ленте
8.1.1 Образец и экспериментальная установка
8.1.2 Экспериментальные результаты
8.1.3 Первое приближение к альтернативному описанию перехода ВТСП
устройств в нормальное состояние
8.1.4 Выводы к разделу 8
8.2 Образцы ВТСП ленты на каркасах из различных материалов,
формулировка понятия «тепловой переход» и его параметров
8.2.1 Образцы и экспериментальная установка
8.2 2 Экспериментальные результаты
8.2.3 Определение теплового перехода и его параметров
8.2.4 Оценка тока теплового перехода /,
8.2.5 Выводы к разделу 8.2
8.3 Галета из высокотемпературного сверхпроводника
8.3.1 Описание эксперимента
8.3.2 Испытания в жидком азоте
8.3.3 Эксперименты при косвенном охлаждении криокулером
8.3.4 Выводы к разделу 8.3
8.4 Четырех галетный магнит на основе высокотемпературного
сверхпроводника
8.4.1 Описание эксперимента
8.4.2 Испытания в жидком азоте

И, наконец, в разделе 3.3 будут детально исследованы сверхпроводящие провода с меняющимся током, имеющие неоднородности по длине. Эти исследования позволили окончательно прояснить природу зарождения и распространения НЗ в многоволоконных сверхпроводящих проводах.
В разделе 3.5 приведены выводы к Главе 3.
3.1 Распространение перехода в сверхпроводниках с меняющимся током.
Целью данного экспериментального исследования было моделирование ситуации, возникающей при развитии перехода в МПК сверхпроводящем кабеле с изолированными проволоками или с проволоками в высокоомной матрице. Мы хотели выяснить два главных вопроса:
- каков максимальный ток перехода?
- какова скорость распространения нормальной зоны после перехода?
3.1.1 Несекционированный образец /А-7
Первый, исследованный нами, образец был куском проволоки от кабеля, исследованного в предыдущем разделе. То есть многоволоконный сверхпроводящий провод на основе сплава ниобий-титан диаметром 0.5мм и с удельным сопротивлением 1.3510'7 Ом м. Полная длина образца составляла ~1.8 м, он был намотан на каркас диаметром 30 мм с шагом 38 мм. Образец мог быть помещен в магнитное поле сверхпроводящего соленоида. Во время эксперимента ток в образец вводился со скоростью от 100 до 106 А/с вплоть до перехода. Ток и напряжение на образце фиксировались цифровым осциллографом, таким образом, было возможно определять полное сопротивление образца в зависимости от времени. Поскольку сопротивление образца не зависело от температуры, мы могли определять "кажущуюся" скорость распространения нормальной зоны, то есть скорость распространения НЗ без учета особенностей ее образования (например, множественности зарождения нормальных зон). Такую скорость мы будем условно называть "скоростью перехода".
Мы также измерили скорость нормальной зоны, когда только единственная нормальная зона была инициирована с помощью миниатюрного нагревателя.
Основой для сравнения наших результатов при меняющемся токе, были измерения скорости перехода на постоянном токе и во внешнем магнитном поле. В этом случае скорость перехода V* линейно зависела от начального тока /о с коэффициентом сл, коэффициент с^с в свою очередь описывался выражением: