Повышение стабильности сверхпроводниковых магнитов с помощью высокотеплоемких добавок - моделирование, разработка и применение методов анализа экспериментальных данных

• Автор: Шутова, Дарья Игоревна
• Шифр специальности: 01.04.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 133 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Литературный обзор
1 .Внешнее легирование
1.1. Исследование стабильности N6X1 сверхпроводников в составе плотных обмоток с внешним легированием ВД Сс12
1.2. Влияние продолжительности возмущения на эффективность
метода внешнего легирования ВД
1.3. Влияние внешнего легирования ВД на термомагнитную стабильность N6X1 сверхпроводников в составе плотных обмоток
1.4. Влияние внешнего легирования.ВД на максимально допустимые скорости ввода/вывода тока в овальных N6X1 обмотках из Резерфордовского кабеля
1.5. Общие выводы к главе
2. «Промежуточное» легирование
2.1. Свойства комбинированных N6X1 сверхпроводников, содержащих медные провода с 1/19 жилами ВД (СеА12, СеСи6, РгВ6, НоСи2, 0с12028)
2.2. Эксперимент по измерению критических энергий возмущений для
комбинированных N6X1 сверхпроводников с различными ВД
2.3 Анализ экспериментальных данных, полученных в опытах по определению стабильности комбинированных N6X1 сверхпроводников
с различными ВД
2.4.Общие выводы к главе
3. Внутреннее легирование
3.1 ..Свойства N6X1 и N63вп проводников «ИХЭРовского» типа с внутренним легированием ВД вс!2028 и РгВ
3.2. Сравнительное исследование стабильности сверхпроводников «ИХЭРовского» типа с внутренним легированием ВД
3.3. Исследование устойчивости сверхпроводников «ИХЭРовского»
типа с внутренним легированием.ВД к скачкам магнитного потока
3.4. Сравнительное исследование стабильности модельных магнитов, намотанных из N6X1 сверхпроводников томографического типа с
внутренним легированием ВД СсЬОз
3.5.Общие выводы к главе
Заключение
Выводы
Список литературы

Список публикаций по теме диссертации

ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время сверхпроводящие магниты (СМ) широко применяются в медицине, промышленности и, особенно, научном приборостроении. Для пользователей важнейшей характеристикой магнитной системы является ее надежность. Разработчикам магнитных систем хорошо знакомо явление деградации, при котором токи перехода СМ в нормальное состояние оказываются ниже (нередко значительно ниже) критических токов, измеренных на коротких образцах того же сверхпроводника. Причина этого нежелательного эффекта состоит в разогреве обмотки СМ под действием возмущений различного происхождения, проявление которых усиливается с ростом размеров магнита. Деградации обычно сопутствует явление тренировки, которое состоит в постепенном повышении токов, достигаемых СМ, после нескольких переходов магнита в нормальное состояние из-за механического упрочнения обмотки-[1].
В 1978 г. Vipf [2] первым ввел понятие «энергетического спектра возмущений», возникающих в обмотке СМ. На рис.1 приведен подобный спектр, предложенный профессором Ивасой из Массачусетского* Технологического Университета (США) на конференции по прикладной сверхпроводимости 2005 г., связывающий между собой длительность и характерную энергию тепловыделений в СМ [3]. Возмущения характеризуются степенью их локализации в пространстве и длительностью. Продолжительные точечные возмущения могут быть вызваны, например, плохим электрическим контактом в месте соединения проводов, продолжительные объемные -электрическими потерями в переменных режимах, избыточным теплопритоком при неполадках системы криогенного обеспечения магнита, появлением небольшого сопротивления в обмотке по мере приближения плотности тока к критическому значению и т.д. Длительные возмущения обычно являются регулярными и воспроизводимыми и могут вызывать значительную деградацию.
Механические
Скачки
потока
Тепловые течи
Попадание
заряженных
частиц

Потери в переменных режимах

0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000 1000 Время, мс
Рис.1 - Спектр возмущений в сверхпроводящей обмотке.
Более сложную проблему представляют импульсные тепловыделения. В первую очередь к ним относятся механические возмущения: трение между витками, прерывистая деформация проводника и/или целых частей обмотки (характерно для некруглых обмоток), а также растрескивание эпоксидной смолы. Механические напряжения, возникающие в обмотках СМ под действием пондеромоторных сил, могут достигать весьма высоких значений (> 103 кГ/см2 или >100 МПа).
Если в достаточно большом объеме обмотки магнита скачком выделяется тепло, которое можно считать однородно распределенным, то температура адиабатически повысится до некоторого уровня, определяемого лишь величиной удельной теплоемкости материалов СМ. Критическая энергия СМ (минимальная энергия достаточная для перевода магнита в нормальное состояние) весьма мала в силу малости теплоемкости обычных конструкционных материалов при низких температурах. В этой области теплоемкости большинства материалов падают ~ Г5, и их типичные значения при температуре жидкого гелия на 2-3 порядка ниже, чем при комнатной
время, с

время, с