ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Сверхпроводящие магниты. Пиннинг из "Основы теории металлов " Идея о применении сверхпроводников вместо обычных металлов с целью ликвидации омических потерь существует с момента открытия сверхпроводимости. Препятствием служит необходимость создания низких температур. Дороговизна сооружения и эксплуатации сверхпроводящих кабелей с гелиевым охлаждением делает пока нерентабельным использование сверхпроводимости для передачи энергии. [c.394] Если же сделать катушку (соленоид) из сверхпроводника, то необходима лишь энергия для поддержания гелиевой температуры. Она может быть на несколько порядков меньше, чем энергия, потребляемая соответствующим электромагнитом кроме того, вся установка получается гораздо компактнее. К этому надо добавить, что сверхпроюдящая катушка может быть замкнута накоротко и в этом случае она превращается в постоянный магнит. Как мы знаем, поток поля через полый сверхпроводник не меняется со временем, ибо любое изменение внешних условий компенсируется сверхпроводящими токами. Поэтому сверхпроводящий постоянный. магнит характеризуется уникальным постоянстюм создаваемого им магнитного поля. [c.395] Идея создания сверхпроводящих магнитов была высказана еще Камерлинг-Оннесом. Но известные в то время сверхпроводники обладали малыми критическими полями порядка сотен эрстед. Ситуация изменилась в 60-х годах, когда были открыты сверхпроводники с критическими полями выше 100 кЭ и к тому же сильно усовершенствовались и сделались более дешевыми криостаты, т. е. установки для поддержания гелиевых температур. Последующее изучение показало, что новые материалы, обладающие высокими критическими полями, являются сверхпроводниками 2-го рода, которые хорошо описываются теорией, изложенной в предыдущих параграфах. [c.395] Как уже отмечалось, наибольшие известные критические поля получены у так называемых фаз Шевреля соединений типа М е(Мо 88)у (М—металлы РЬ, Ы и др.). Они достигают 600 кЭ. Однако для практических нужд необходимы хорошие механические Свойства сплавов, и поэтому применяются сплавы ЫЬ—2г—Т1 с критическими полями до 110—120 кЭ и МЬзЗп с критическим полем до 230 кЭ. Как мы знаем из предыдущего, теоретический предел соответствует 1000 кЭ. [c.395] Последняя формула очень проста и напоминает формулу для теплоемкости (18. Юб). Ее тоже можно было бы интерпретировать как результат того, что сердцевины вихрей с диаметром порядка находятся в нормальном состоянии. Однако если бы вихревая решетка стояла на месте, то сверхпроводящий ток легко обогнул бы нормальные сердцевины и никакое сопротивление не возникало бы. Появление сопротивления является результатом движения вихрей под действием силы Лоренца. [c.397] В действительности формулы (18.142) и (18.143) верны лишь по порядку величины в основном вдали от и Н . Истинная вязкость 1] зависит от многих механизмов, а не только от диссипации энергии в нормальных сердцевинах и является сложной функцией поля и температуры. К тому же простая линейная связь (18.137) далеко не всегда имеет место. [c.397] приходим к выводу, что сверхпроводимость прекращается как только возникают вихри, т. е. при поле, равном Яр1 HeJv . Значит, мы не только не выигрываем при увеличении X, ио, наоборот, сильно проигрываем в критическом поле. Однако есть способ справиться с этим недостатком. Для этого надо остановить движение вихревой решетки и тогда, согласно (18.139), Е = 0, а следовательно, и р = 0. Для этого надо закрепить вихри в определенных местах образца, как бы пришпилить их к металлу. Это явление носит название пиннинг (от английского слова р1п—булавка). [c.397] Сравнивая с формулой (17.62), видим, что это значение сравнимо с той плотностью тока, которая нужна для разрушения куперовских пар. [c.398] В действительности, конечно, надо учитывать, что сила пиннинга действует на ограниченную часть вихревой нити, в то время как сила Лоренца тянет всю нить. Более того, в реальных случаях имеется много взаимодействующих вихрей, образующих решетку, а поэтому для расчета критической плотности тока надо учитывать деформацию шетки и упругие силы, возникающие при этом. Не будем обсуждать конкретно модели и получающиеся при этом результаты, тем более, что природа центров пиннинга в конкретных сверхпроводниках, применяемых в технике, изучена еще далеко не полностью. [c.398] согласно тому, что было сказано, создается впечатление, что до достижения критического тока сопротивление равно нулю, а затем оно возникает скачком. Легко, однако, понять, что это имеет место лишь при Т = 0. В действительности центры пиннинга создают для вихревой решетки потенциальный рельеф, состоящий из долин , разделенных хребтами — потенциальными барьерами. При конечной температуре возможен переход из одной долины в другую благодаря тепловым флуктуациям. Это приводит к тому, что еще до достижения истинной критической плотности тока возникает крип (от английского слова reep—ползти) флуктуационное скачкообразное перемещение вихревой решетки. При этом появляется сопротивление. Следует подчеркнуть, что так обстоит дело при любой конечной температуре, и поэтому в строгом смысле слова критический ток в смешанном состоянии при Г О равен нулю. [c.399] Однако в действительности дело обстоит не столь безнадежно. Представим себе сверхпроводящий постоянный магнит—коротко-замкнутый соленоид. Он используется в рабочем режиме в течение ограниченного времени, ибо все это время надо тратить энергию на охлаждение. Если сопротивление, связанное с крипом вихрей, столь мало, что ток через соленоид не меняется ощутимо в течение, скажем, 100 лет, то с практической точки зрения сопротивление равно нулю. [c.399] Для того чтобы это предотвратить, сверхпроводящие кабели или ленты для магнитов делают многожильными, причем в качестве изолятора применяют нормальный металл—обычно медь. По сравнению со сверхпроводником любое вещество с конечным сопротивлением является изолятором. Однако, в то время как сверхпроводник обладает плохой теплопроводностью, ибо тепло может передаваться лишь квазичастицами, число которых прн низких температурах экспоненциально мало ( 19.1), нормальный металл — хороший проводник тепла. Он и отводит тепло в случае внезапного нагрева. Кроме того, в случае прекращения тока по сверхпроводнику параллельно включенный толстый нормальный проводник берет на себя роль шунта. [c.400] Вернуться к основной статье