Затухание экранирующих токов, особенности теплообмена и криостабильность сверхпроводящих токонесущих элементов

• Автор: Щеголев, Игорь Олегович
• Шифр специальности: 01.04.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 139 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1. Сверхпроводящие индуктивные накопители энергии
1.2. Краткий очерк истории разработки и основные принципы проектирования сверхпроводящих индуктивных накопителей энергии
1.3. Сильноточные проводники для сверхпроводниковых устройств энергетического назначения
1.4. Российский проект создания сверхпроводящего индуктивного накопителя энергии СЭН-Э
1.5. Актуальность основных направлений, исследуемых в диссертации
ГЛАВА 2. КРИОСТАБИЛЬНОСТЬ ЕДИНИЧНОГО ПРОВОДНИКА ПЛОСКОГО КАБЕЛЯ
2.1. Методика и результаты измерений
2.2. Критические энергии разрушения сверхпроводимости
2.2.1. Обобщенная зависимость для критической энергии разрушения сверхпроводимости в композитном сверхпроводнике
2.3. Восстановление сверхпроводимости в композитном сверхпроводнике
2.4. Особенности результатов эксперимента
ГЛАВА 3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНДУКТИВНОГО МЕТОДА ДЛЯ ИЗУЧЁЙАЯбв
ЕДИНИЧНОГО ПРОВОДНИКА ПЛОСКОГО КАБЕЛЯ !
3.1. Методика эксперимента
3.2. Токонесущая способность единичного проводника. Использование полученных результатов для оценки криостабильности проводника
ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРЫ ОБМОТКИ НА КРИОСТАБИЛЬНОСТЬ ТОКОНЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ
4.1. Характеристики проводников и используемая методика
4.2. Основные результаты
4.2.1. Влияние структуры и толщины изоляции
4.2.2. Влияние каналов охлаждения
4.2.3. Влияние геометрических особенностей структурных элементов обмотки. ГЛАВА 5. ОСОБЕННОСТИ КИПЕНИЯ АЗОТА НА ПОВЕРХНОСТИ СТАБИЛИЗАТОРА
ПЛОСКОГО КАБЕЛЯ
5.1. Моделирование условий теплообмена, характерных для кабеля
5.2. Характеристики теплообмена
5.2.1. Улучшение теплоотвода в области низких тепловых потоков
5.2.2. Деградация первого кризиса кипения. Режим "скачок с возвратом".
5.3. Заключение к главе

СОДЕРЖАНИЕ
ГЛАВА 6. ОСОБЕННОСТИ ЗАТУХАНИЯ ЭКРАНИРУЮЩИХ ТОКОВ В ПЛОСКОМ
СВЕРХПРОВОДЯЩЕМ КАБЕЛЕ
6.1. Расчетная модель
6.2. Спектр собственных частот и его анализ
6.3. Интерпретация и использование полученных результатов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ВВЕДЕНИЕ

,введение|
Обмотки из сверхпроводящих (СП) токонесущих элементов (ТНЭ) находят широкое применение в устройствах энергетического и исследовательского назначения. Увеличение запасаемой энергии магнитных систем приводит к увеличению размеров ТНЭ [1] и большому разнообразию их конструкций.
В отличие от хорошо изученных единичных композитных сверхпроводников (КС) (см., например, монографии [1-4]), СП многоэлементные проводники (кабели) до настоящего времени исследованы недостаточно подробно, что связано, в частности, со сложностью и неодномерностью протекающих в них процессов. Отсутствие ясного понимания процессов, происходящих в кабеле при изменении тока и/или поля, связано с неравномерным распределением транспортного или индуцированного тока между элементами кабеля в процессе развития диссипативных процессов, а также тем обстоятельством, что во многих СП устройствах поперечные размеры токонесущего элемента нельзя считать пренебрежимы-ми по сравнению с размерами самого устройства. Неразработанность общих теоретических и методических алгоритмов применительно к кабелям из-за уникальности большинства их конструкций является причиной, как правило, только эмпирических оценок параметров криостабильности и не позволяет распространить полученные результаты на весь класс многоэлементных проводников. Дополнительную актуальность работы в области исследования СП кабелей различных конструкций получили на рубеже 80/90-х годов с появлением сообщений об особенностях распространения нормальной зоны в сильноточных проводниках [5-9], а также нежелательных побочных эффектах, вызванных воздействием на проводник собственного поля магнита [10-18]. Вопросы теплоотвода применительно к массивным токонесущим элементам с учетом особенностей изоляции и структуры обмотки также представляются малоизученными. Перечисленные обстоятельства приводят к необходимости прово-
ГЛАВА2

тивный коэффициент теплоотвода к=ко/{1~й> Ко / к) в этом случае мал: к«ко. Здесь ко=104 Вт/(м2 К) - коэффициент теплоотдачи в жидкий гелий с неизолированной медной поверхности, /С1=5 10 2 Вт/(м-К) - теплопроводность эпоксидного компаунда при Г о =4.2 К и, следовательно, к= 1.7-10 2ко. Таким образом, проводник в процессе эксперимента имел условия теплоотвода, близкие к адиабатическим. В центральной части провода располагался микронагреватель, намотанный из Константиновой проволоки диаметром 0.2 мм на длине 1.5 мм, предназначенный для искусственного зарождения нормальной зоны. Теплоизоляцией нагревателя служил слой эпоксидного клея, которым пропитывалась данная обмотка, дополнительно утолщённый (до ~0.3 мм) в месте расположения нагревателя. Эксперименты проводились в жидком гелии при атмосферном давлении. Образец помещался в постоянное внешнее магнитное поле, создаваемое СП соленоидом. Значение магнитной индукции при измерениях варьировалось от 3 до 4.5 Тл. Экспериментально определялись следующие величины: критический ток /<5, минимальный ток распространения нормальной зоны /р, ток восстановления сверхпроводимости 1Г, критическая энергия разрушения сверхпроводящего состояния Ес

Рис. 2.1. Экспериментальный блок: 1 - текстолитовый каркас; 2 - исследуемый проводник; 3 - эпоксидный монолит; 4 - потенциальные провода.
Критические значения транспортного тока были получены резистивным методом. Критерием для определения 13 служило появление на образце электрического поля, равного 0.1 рВ/см. При исследованиях характеристик криостабильности КС использовалась известная потенцио-