Исследование теплофизических свойств ниобия, применяемого в СВЧ резонаторах ускорителей элементарных частиц, при температурах 1,6-10 К

• Автор: Кошелев, Сергей Сергеевич
• Шифр специальности: 05.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 176 с. : ил.

Содержание

Введение

Глава 1. Выбор метода исследования. Постановка задач и цели исследования

1.1. Сверхпроводящие резонаторы

1.2. Анализ причин снижения добротности резонатора

1.2.1. Примеси и химическая чистота ниобия

1.3. Снижение добротности резонатора в среднем диапазоне магнитных полей

1.4. Тепловая обратная связь и теплопроводность ниобия

1.5. Теплопроводность

1.5.1. Теплопроводность сверхпроводников при низких температурах

1.5.2. Электронная составляющая теплопроводности
1.5.3. Фононная составляющая теплопроводности
1.6. Теплопроводность ниобия
1.6.1. Теплопроводность монокристаллического ниобия .
1.6.2. Теплопроводность ниобия СВЧ резонаторов
1.7. Выбор метода для определения теплопроводности ниобия
в сверхпроводящем состоянии
1.8. Теплоемкость ниобия
1.9. Выбор метода для определения теплоемкости ниобия в сверхпроводящем состоянии
1.10. Выводы к первой главе

Глава 2. Описание экспериментальной установки
2.1. Экспериментальный стенд
2.1.1. Вакуумная камера
2.1.2. Источник холода
2.1.3. Подготовка экспериментального стенда к работе
2.2. Измерительный комплекс
2.2.1. Выбор типа термометра
2.2.2. Аппаратная часть измерительного комплекса
2.2.3. Программное обеспечение измерительного комплекса
2.3. Расчет погрешности определения теплопроводности
2.3.1. Случайная составляющая погрешности
2.3.2. Систематическая составляющая погрешности
2.4. Расчет погрешности определения теплоемкости
2.4.1. Калибровка термометров
2.4.2. Калибровка нагревателя
2.4.3. Методическая погрешность
2.5. Выводы ко второй главе
Глава 3. Физическое и аналитическое исследование теплопроводности и теплоемкости ниобия
3.1. Теплопроводность
3.1.1. Подготовка образцов к эксперименту
3.1.2. Тестовый эксперимент
3.1.3. Результаты определения теплопроводности ниобия
3.1.4. Модифицированная расчетная модель теплопроводности

3.2. Теплоемкость
3.2.1. Подготовка образцов к эксперименту
3.2.2. Тестовый эксперимент
3.2.3. Результаты определения теплоемкости ниобия
Общие выводы и заключение
Список используемых обозначений и сокращений
Слисок литературы
Приложение. Табличные данные для метода Монте Карло

дачей этих исследований явилось определение электронной и фононной составляющих теплопроводности в рамках теорий БКШ и БРТ [4].
Во всех рассмотренных работах [36-45] для определения теплопроводности использовался метод стационарного теплового потока с образцом в форме стержня. Наиболее широко представлены сверхчистые мо-нокристаллические образцы с большим относительным остаточным сопротивлением от 2000 [36-41] до 20000-30000 [42, 43]. Монокристаллы такой чистоты характеризуются малым количеством дефектов и дислокаций, а также низким содержанием примесей (предельная концентрация тантала <100 ppm). Для таких образцов значительное влияние на теплопроводность оказывает рассеивание фононов на границах образца [34]. Размеры образцов в данных работах находятся в следующих пределах: длина — 85-140 мм, диаметр — 3-4 мм [36-39, 42, 43]. Особым случаем являются результаты работы [40, 41], в которой диаметры образцов составляют 0,31 мм и 0,69 мм, что вызвано, вероятно, выбранным методом получения сверхчистых монокристаллов. Очистка образцов от примесей и кристаллическая структура обеспечивалась при помощи зонной плавки, с последующим отжигом, за исключением образцов в работах [36-39], которые не были отожжены. Для сравнения авторами приведены данные теплопроводности образцов с низким относительным остаточным сопротивлением: 195 [40, 41], 196, 135, 26 [36-39]. Важно отметить, что кривые (см. Рис. 1.8) грязных образцов с низким относительным остаточным сопротивлением имеют отчетливо различимый фононный пик, который наблюдается в диапазоне температур 1,6-2,5 К. Низкое значение относительного остаточного сопротивления вызвано высоким содержанием примесей. Кроме того, отчетливо проявляется эффект рассеивания на границах образца для тонких образцов в работах [40, 41], в которых фононный пик в сверхчистых образцах с относительным остаточным сопротивлением > 5000 не наблюдается.