Исследование полного сопротивления керамических сверхпроводников

• Автор: Коншин, Александр Евгеньевич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Волгоград
• Количество страниц: 121 с. : ил.

Содержание.
Введение
Глава I Керамические сверхпроводники
1.1 Гранулярная среда
1.2 Гипервихри
1.3 Смешанное состояние
1.4 Критическое состояние
1.4.1 Пиннинг гипервихрей. Критический ток
1.4.2 Модели Бита и Кима - Андерсена
1.5 Резистивное состояние
1.6 Уравнения резистивного состояния гранулярного сверхпроводника
1.7 Баланс мощности для гранулярного сверхпроводника
1.8 Измерение характеристик ВТСП керамик
1.9 Выводы и постановка задачи
Глава 2 Исследование полного сопротивления ВТСП в квазистал ионарном
режиме
2.1 Индукционный датчик на поясах Роговского
2.2 Баланс мощности в квазистационарном режиме
2.3 Схема измерительной установки и методика измерений
Г лава 3 Исследование реакции ВТСП на внешнее воздействие в
нестационарном режиме
3.1 Измерительная установка
3.1.1 Силовой и измерительный блоки
3.1.2 Образец
3.1.3 Аналого-цифровой преобразователь
3.1.4 Генератор
3.2 Программное управление измерениями
3.2.1 Калибровка АЦП
3.3 Измерение динамических ВАХ ленточного ВТСП образца

3.4 Обработка результатов измерений
3.5 Анализ результатов
3.6 Возможности модификации модели системного функционала
Глава 4 Моделирование критического и резистивного состояния ВТСП
4.1 Постановка задачи
4.2 Расчет реакции ВТСП пластины на гармоническое токовое воздействие
4.3 Анализ результатов
Заключение
Литература
Приложение 1. Расчет взаимной индуктивности пояса Роговского и
кольцевого образца
Приложение 2. Схема измерителя
Приложение 3. Расчет сопротивления и индуктивности цилиндрических
образцов в условиях скин-эффекта
Приложение 4. Схема модуля АЦП
Приложение 5. Схема генератора

Введение.
Открытие высокотемпературной сверхпроводимости [1] значительно расширило перспективы применения сверхпроводников в науке и технике. Особый интерес с представляет построение феноменологической модели высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП), связывающей электродинамические процессы в них с электрически измеряемыми интегральными величинами - комплексной восприимчивостью, поверхностным импедансом, вольтамперной характеристикой и т. д. Актуальность исследования электродинамики высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) обусловлена перспективой их применения как в электротехнике, так и в радиоэлектронике. Нелинейные эффекта! в гранулярных сверхпроводниках могут быть использованы для детектирования, смешения и перемножения сигналов.
При анализе и проектировании приборов сверхпроводящей электроники обычно возникают две основных задачи: построение отклика рассматриваемого ВТСП элемента на произвольное внешнее воздействие с помощью системного оператора (функционала) этого элемента, зависящего только от его параметров, но не от воздействия (задача анализа), и построение системного функционала элемента по результатам измерений некоторой интегральной электрической величины (задача синтеза). Вследствие того, что керамические сверхпроводники являются нелинейными материалами с существенной временной и пространственной дисперсией [2-71, эти задачи не могут быта решены в общем случае. В современной теоретической электротехнике задача синтеза и обратная ей задача анализа полностью решены только для линейных цепей [8} с помощью однозначно связанных импульсной, передаточной и частотной характеристик [9].
Для преодоления указанных трудностей можно использовать следующие основные подходы. Отклик ВТСП образца можно рассчитать, решая численно систему уравнений Максвелла совместно с материальными уравнениями. Однако, поскольку в материальные уравнения связи ]{Е) и В(Н) входят параметры эффективной среды, которые нельзя непосредственно измерить, сначала при-

задачи не могут быть решены в общем случае. В современной теоретической электротехнике полностью решена задача анализа и синтеза линейных цепей с помощью однозначно связанных импульсной, передаточной и частотной характеристик [8, 9]. Для нелинейных цепей задача решается только в некоторых частных случаях, как правило приближенно, для квазистационарных процессов разложением в ряд вольтамперной характеристики, для гармонического и узкополосного воздействия методом гармонического баланса и медленно меняющейся амплитуды [10].
Более общим, хотя и пригодным не во всех случаях, методом анализа приборов сверхпроводниковой электроники может служить разбиение исследуемой системы на эквивалентные двухполюсники, то есть замкнутые подсистемы, содержащие сверхпроводящий образец и имеющие два зажима, причем обмен энергией между подсистемами и с внешними источниками происходит только через зажимы.
Выделенную подсистему можно рассматривать как пассивный нелинейный элемент - двухполюсник, для которого работа источника воздействия (как со стороны других элементов, так и от внешних источников) равна изменению внутренней энергии среды и потерям в ней. Для полученного двухполюсника можно записать уравнение баланса мощности [8]:
«(*)<*) = р(‘) + dW(t)/dt + (1.44)
где обозначено: u(t) ~ напряжение на зажимах двухполюсника i{t) - ток, протекающий через зажимы, Р(() и W(t) - соответственно мощность диссипации и энергия магнитного поля в нем, WM - энергия магнитного поля во внешнем пространстве. Во многих практически интересных случаях эта энергия мало зависит от распределения плотности транспортного тока в сверхпроводнике и можно положить Wmt(i) = Ьш/(і)12. В этом случае вклад третьего слагаемого в правой части формулы (1.44) легко учитывается на последнем этапе анализа, а на первом этапе его можно не принимать во внимание. Кроме того, соответствующим выбором геометрии и расположения подводящих проводов этот вклад