Введение к работе
Актуальность темы. Интерес к проблеме зарождения и распространения нормальной зоны (НЗ) связан с исследованием устойчивости сверхпроводников с высокими значениями плотности критического тока. К таким материалам относятся жесткие сверхпроводники, композиты, созданные на их основе, а также тонкие сверхпроводящие пленки.
Разрушение сверхпроводимости в образце с транспортным током может быть инициировано тепловыми возмущениями с энергией большей критической и происходит вследствие распространения вдоль образца NS-границы (переходной области между сверхпроводящей и нормальной фазами). Величины критической энергии и скорости распространения НЗ зависят от тока, внешнего магнитного поля, электро- и тепло-физических свойств сверхпроводника и условии его охлаждения. Процессы зарождения и распространения НЗ к настоящему времени достаточно подробно изучены для случая, когда транспортный ток и внешнее магнитное поле постоянны или медленно изменяются во времени.
Вместе с тем, для ; шрокого класса сверхпроводящих систем характерны режимы, в которых ток и магнитное поле изменяются с большими скоростями. В связи с этим, последовательное рассмотрение динамики НЗ в нестационарных условиях (т.е. при быстром изменении тока и/или магнитного поля) представляет не только теоретический, но и значительный практический интерес. До настоящего времени теоретически недостаточно хорошо было исследовано влияние быстрого изменения транспортного тока и магнитного поля на динамику НЗ, н частности, на скорость распространения NS-границы, критическую энергию возмущений, разрушающих сверхпроводящее состояние, процессы зарождения НЗ. Это обстоятельство и обуславливает необходимость развития теоретических методов исследования процессов зарождения и распространения НЗ и нестационарных условиях.
Цель работы - теоретическое исследование динамики НЗ в нестационарных условиях. Для достижения этой цели в работе были поставлены следующие задачи:
теоретическое исследование скорости распространения НЗ в композитном сверхпроводнике (КС) с изменяющимся током и/или находя щемся в переменном магнитом поле;
теоретическое исследование критической анергии локальных тепловых импульсов в сверхпроводнике с постоянным током » случанх одномерного, двумерного и трехмерного распространения тепла;
теоретическое исследование влияния быстрого изменения тока и магнитного поля на величину критической энергии;
теоретическое исследование динамики зарождения НЗ в КС с локальными "слабыми областями" при быстром изменении тока;
теоретическое исследование перераспределения тока в сверхпроводящем кабеле и его перехода в нормальное состояние.
Научная новизна. Полученные в диссертации результаты позволяют последовательно описать особенности динамики НЗ ы сверхпроводниках с изменяющимся транспортным током и/или находящихся в переменном магнитном поле, а также объяснить с единой точки зрения такие экспериментально наблюдаемые явления, как ускорение НЗ, сильные зависимости скорости распространения НЗ и критической энергии теплового импульса от скоростей изменения тока и магнитного поля, локальное и множественное зарождение нормальной фазы, различные режимы перераспределения тока в многожильном сверхпроводящем кабеле и его аномально быстрый переход в нормальное состояние.
В работе были получены и выносятся автором на зашиту следующие научные результаты:
-
В широком интервале скоростей изменения тока и магнитного ноля переход КС в нормальное состояние может быть описан, исходя из представления о взаимодействии распространяющейся НЗ с термомаг-нигнымн возмущениями, инициируемыми в сверхпроводящем состоянии изменяющимися током и магнитным полем. Такое взаимодействие приводит к возрастанию скорости распространения (ускорению) НЗ при достаточно больших скоростях изменения тока и магнитного поля.
-
Ускорение НЗ возникает как при увеличении, так и при быстром уменьшении тока в КС При скоростях уменьшения тока, превышающих пороговое значение, скорость распространения НЗ возрастает с уменьшением тока.
-
Критическая энергия разрушения сверхпроводимости локальными тепловыми возмущениями резко снижается с увеличением скоростей изменения тока и магнитного поля. При быстром уменьшении тока в КС
'зависимость критической энергии от тока немонотонна, и существует по
роговое значение энергии теплового импульса, при превышении которого
сверхпроводящее-состояние может быть разрушено при любом токе в
КС. .
4. Зарождение нормальной фазы в нестационарных условиях про
исходит локально в "слабых областях" КС. Дальнейшее развитие про
цесса перехода в нормальное состояние зависит от скорости изменения
тока. При медленном изменении тока КС переходит в нормальное состо яние вследствие распространения вдоль образца НЗ, возникшей в "слабой области", а при быстром изменении тока переход в нормальное состояние происходит однородно по всей длине образца вследствие раз вития "глобальной" термомагнитной неустойчивости. Динамика перехода в нормальное состояние существенно зависит от природы "слабой области", в которой происходит зарождение нормальной фазы.
5. Особенности перехода в нормальное состояние многожильного сверхпроводящего кабеля связаны с быстрым перераспределением тока между жилами. Режим перераспределения тока и динамика нормального перехода зависят от величины начального тока в жилах. Существует пороговое значение начального тока в жилах, при котором сверхпроводящий кабель является стабильным по отношению к тепловым возмущениям. Аномально быстрый переход кабеля в нормальное состояние связан с множественным зарождением нормальной фазы и ускорением НЗ в жилах.
Практическая ценность. Полученные результаты развивают существующие представления о механизмах разрушения сверхпроводимости в нестационарных условиях. Результаты диссертации могут быть использованы для исследования стабильности сверхпроводящих устройств переменного тока, импульсных систем и секционированных магнитов.
Апробация работы. Основные результаты, представленные в диссертации, докладывались и обсуждались на конференциях:
1 1. 13th Internationa! Conference on Magnet Technology (MT-13), Victoria, Canada, 20-24 September 1993.
2. European Conference on Applied Superconductivity (EUCAS '93), Gottingeh, Germany, 4-8 October 1993.
3. European Conference on Applied Superconductivity (EUCAS '95), Edinburgh, UK, 3-6 July 1995.
Публикаїшн. По материалам диссертации опубликовано 11 печатных работ.
Структура н объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка использояанной литературы, включающего 150 наименований. Работа изложена н;і 114 страницах, со держит 27 рисунков.
