справочник (550668), страница 88
Текст из файла (страница 88)
Срр д !рд магнетиками. Постоянное магнитное поле не проникает в образец (зв исключением тонкого поверхностного слоя), находюцнйся в сверхпроводящем соспиннн н квьпал кивается» нз него при переходе в сверхпроводящсе состояние во внешнем магнитном поле — так называемый О В„В, В„ эффект Мейснера Следствием эффекта Мейснера являРис. 7З. Заввснмосп внутреамго ется то, что по поверхносги сверхпроводннка, находящегося во внешнем магнитном поле, всегда течет ток. нитного поля лая евер»проводников ! н Н рода Сверхпроводники П рода, как и сверхпроводники ! рода, характеризуются температурой перехода в сверхпроводящее состояние г„но имеют два критических поля (рис.
7.3). Ниже нижнего критического магнитного поля В„сверхпроводннк ведет себя как сверхпроводннк ! рода. Прн внешнем магнитном поле В„< Ва < Вы внутри сверхпроводника появляется магнитное поле в виде квантовых вихревых нитей. Каждая такая нить представляет собой длинный тонкий цилиндр, вьпинугый вдоль направления внешнего магнитного поля. Внутри вихря куперовские пары разрушены и материал находится в нормальном состоянии. Вокруг цилиндра течет незатухающий сверхпроводящий ток такого направления, что создаваемое им магнитное поле совпадает с направлением внешнего магнитного поля.
Магнитные вихри образуют в поперечном сечении правильную треугольную решепгу, н каждый из вихрей несет один квант магнитного потока, численно равный Ф лс/(2е) = 2,07 10 Вб. 486 Такое состояние сверхпроводника называетса смешанным и характеризуется частичным проникновением магнитного пола в обршец. Прн достижении второго критического поля Вы вихри заполняют все сечение образца н происходит его переход в нормальное состояние. В присутствии проходящего тока на вихревые нити потока действует сила Лоренца, которал вызывает движение вихрей в направлении, перпендикулярном току.
Это приводит к рассеяншо энергии, т. е. к появлению омического сопротивления, н означает, что у однородного сверхпроводника П рода, находшцегося в смешанном состоянии, критический ток равен нулю. В неоднородном сверхпроводннке, который имеет дефекты различного вида, превышающие атомные размеры (границы зерен, скоплениа дислокаций, включения другой фазы и т.д.), вихри могут закреплатьса. Этн дефекты называются центрамн пиннинга, а закрепление на ннх вихрей — пиннингом. Неидеальные сверхпроводники П рода называкпся жесткими сверхпроводниками, или сверхпроводниками Ш рода.
Эти сверхпроводники характеризуются высокими значениями критических плотностей токов и, следовательно, высокимн критическими значениями магнитных полей. Отжиг сверхпроводащих материалов после механической обработки, приводящий к уменьшению концентрации центров пиннинга, снижает критическую плотность тока. Кривые намагничивания жестких сверхпроводников в смешанном состоянии имеют петлю гистерезиса. Известно более 1000 сверхпроводящих сплавов и соединений, н число их постоянно растет.
Широко исследованы двухкомпонентные сверхпроводицие сплавы простых монотектнческих, эвтектических, пернтектических систем н систем с непрерывной растворимостью. Исследование систем ХЬ-Т! н ХЬ-Ег, образующих ряд твердых растворов в широком диапазоне концентраций, показало, что у многих сплавов при гелиевых температурах сверхпроводимость сохраняется до высоких значений магнитного поля. Критические характеристики сплавов зависят от механической и термической обработки сплавов, а также от наличия примесей и легирующнх элементов.
Для систематизации сверхпроводящих соединений их классифицируют по группам с однотипными кристаллическими структурами, поскольку этот фактор являетса одним нз фундаментальных. Известные сверхпроводящие соединения принадлежат более чем к пятидесяти структурным типам. Наиболее высокими сверхпроводящнми харжтеристиками обладают соединения со структурой типа А! 5, В 1, С15, С14, фазы Шевреля. Тайпща 1.
й Критические характеристики некоторых сееяинеинй се структурой тина А15 !15! В табл. 7.9 приведены критические характеристики некоторых сверхпроводящих интерметаллических соединений со структурой типа А15. В этом классе материалов находятся все сверхпроводники с рекордным значением г,. В соединениях со структурой типа А15 наблюдаются аномалии в температурной зависимости злектропроводности и магнитной восприимчивости.
У многих соединений, например Чзй(, Чзба, ХЬзйп, происходит низкотемпературный фазовый переход мартенситного типа. Соединения изба, ХЬзбе и ЫЬзА1 в сверхпроводящем состоянии с высокой критической температурой авлаются мепктабильными, и именно с метастабияьностью этих соединений связывается высокое значение г,. Промышленное применение нашли сплавы НЬз Зп н Чзба.
Кристаллическую структуру типа В1(ХаС!) имеют бориды, ингриды, карбиды и гидрнды переходных металлов П)А-Ч1А пошрупп Периодической системы элементов. В этом классе материалов находятся сверхпроводящие соединения с самой высокой температурой плавления. Наивысшие значения г, у карбидов и нитрндов ЧА и Ч)А подгрупп. Как правило, эти соединение гомогенны в широких областях концентрации, причем максимальное значение г, соответствует стехиомстрическому составу, при отклонении от которого наблюдается резкое падение г,. Из тройных соединений этого класса наибольший интерес вызывают карбонитриды ниобия ХЬХ,С, Максимальные значения харакгеристик соответствуют составу ЫЬЫелСоз (г, -255 С; Вы (0)=16 Тл; ~о а !' 8 1О А/и ).
Критическая плотность тока сверхпроводящих материалов на основе карбонитридов ннобия превосходит7', остальных известных сверхпроводников. 487 Критические характеристики некоторых соединений со структурой типа В1 приведены в табл.
7.10. Таблице 7.! й Критические характернепнш иенетерых соединений ее структурой тина В1 1401 Соединениа типа фаз Лавеса состава АВз с плопюупаковаиной кубической структурой типа С15 (М8Сцз) и гексагональной структурой типа С14 (М82пз) различаются разной последовательностью чередования одинаковых слоев атомов компонекгов А и В. Плотнейшая упаковка реааоуется при отношении радиусов г,/гя = Гз/ Гг.
В образовании сверхпроводвцих фаз Лавеса участвуют практически все переходные металлы (за искаочеиием ниобив) и отсутствуют фазы с участием бора, углерода, аюта, фосфора, что свилятешствует о металлическом характере связи в этих фазах. Максимальное значение г, для фаз Лавеса достигаетсл прн стехиометрнческом составе. Температуры перехода в сверхл8юводацее состояние для некоторых фаз Лавеса приведены в табл.
7.11. Таблща 7.11. Температура перехода фаэ Лявеса в сверхнреаеяяшее еестеяине 1Щ Фазы Шевреля — кристаллические структуры тройных халькогенидов переходных металлов. Для этих фаз характерно существование сверхпроводимости и антиферромюнетнэма; каждый тип упорядочения может предшествовать другому при охлаждении образца.
В соединении РЬМоебз была установлена критическая температура -258 С и рекордное значение критического поля Вю бО Тл. Из соединения РЬМое34 можно делать как пленки, так н проволоку. Перспективными материалами явлшотся сверхпроводацие металлические стекла, которые получают быстрой закалкой нз жидкого состояниа. Этн материалы обладают высокой прочностью и определенной степенью деформируемости. Максимааьная г, = -2б9 С получена лля металлических стекол состава (Мое зйеел)юр,еВ ю.
Крупномасштабное применение сверхпроводимости связано с уменьшением массы и размеров магнитных систем, уменьшением энергетических затрат при получении магнитных полей высокой напряженности. Термоядерный синтез, МГД-генераторы, индуктивные накопители энергии, генераторы и двигатели переменного и постоянного тока, трансформаторы, линии электропередач постоянного н переменного тока, высокоскоростные поезда, обогащение руд — далеко не полный перечень областей возможного использования сверхпроводацих материалов. 488 Сверхпроводящие наделив (соленоиды, кабели), изготовленные из сверхпроводацих проводов, имеют более низкие критические токи, чем проволоки, использованные для их изготовления.
Это явление получило название деградации. Допустимое значение рабочего тока в сверхпроводжцем изделии зависит от потерь энерпш в сверхпроводаших проводах. Это гистерезисные потери в сверхпроводащих волокнах; потери, вызванные собственным магнитным полем проволок; вихревые потери в жиле, вызванные индуцированными токами между проволоками и лр. Энергетические потери приводят к тепловыделениям в сверхпроводнике, н, если температура поднимается выше критической, в сверхпроводнике возникает ужток нормальной фазы, который при недостаточном теплоошоде может привести к переходу всего изделия в нормальное соспиние. Дла предотвращения разрушения сверхпроводимости вследствие тепловыделений тонкие сверхпроводяшие шпи располагают в матрице из нормального металла (чаще всего меди), обладающего высокой электрической проводимостью и теплопроводностью. Дла больших систем обмотки изпповляют с охлаждающими кацапами, обеспечи~ающ~~~ отвод топлена от проводов через металл-провод»ик.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
