Введение к работе
Актуальность темы. Перспективы применения сверхпроводников в технике во многом определяются особенностями физических процессов, протекающих в них при действии магнитных полей, которые влияют как на рабочие параметры, так и на работоспособность самих криогенных устройств, включающих сверхпроводящие конструкционные элементы. Ситуация осложняется тем, что в рабочих условиях в этих элементах течет транспортный ток, на них действуют тепловые возбуждения, механические напряжения, стационарные и нестационарные магнитные поля и т.д. Без понимания физических процессов, протекающих в сверхпроводниках в этих условиях, без установления их связи с реальной кристаллической структурой, практическое использование этих материалов затруднительно.
Задача усложняется в случае использования в качестве конструкционных материалов высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) не только из-за ухудшения в них критических параметров и механических свойств, но и проявления в них более заметно нелинейных свойств. Кроме того, доминирующая керамическая технология создает дополнительные трудности в понимании протекающих физических процессов, поэтому изучение особенностей поведения ВТСП в сложных внешних условиях является актуальной задачей физики сверхпроводников.
Тематика данной диссертации соответствует «Перечню приоритетных направлений фундаментальных исследований», утвержденных Президиумом РАН (раздел 1.2. - «Физика конденсированных состояний вещества», подраздел 1.2.5. - «Сверхпроводимость»). Работа является частью комплексных исследований, проводимых в Криогенном центре Воронежского государственного технического университета по госбюджетной теме НИР № ГБ.96.06 "Физические основы работы криогенных сверхпроводящих устройств" в рамках научного направления ВГТУ "Физикохимия и технология конструкционных и функциональных материалов" (№ roc. per. 01960006209).
Целью работы являлось изучение физических процессов, протекающих в высокотемпературных сверхпроводниках при воздействии на них сложных внешних условий.
В соответствии с поставленной целью решались следующие основные задачи:
1. Разработать и изготовить высокочуствительные установки:
для измерений низкочастотной комплексной магнитной проницаемости и спектрального состава сигнала-отклика сверхпроводников в диапазоне температур 77+300 К, постоянных полей до 1500 Э, переменных магнитных полей амплитудой 0+3 Э и частотой 100Гц* 10 кГц.
для измерений резистивных параметров сверхпроводников на постоянном и переменном токе величиной до 3 А и частотой 100 Гц -г-10 кГц.
-
Изучить процессы проникновения и диссипации энергии низкочастотного переменного магнитного поля в высокотемпературных сверхпроводниках с различной структурой при воздействии возмущающего переменного поля, транспортного тока, стационарного и нестационарного магнитных полей;
-
Исследовать нелинейные свойства ВТСП с различной структурой при воздействии низкочастотного переменного поля, стационарного и нестационарного магнитного поля и в условиях протекания переменного транспортного тока. Научная новизна. В результате проведенных исследований получены прямые
экспериментальные доказательства влияния распределения магнитного потока в межгранулярном пространстве на проникновение переменного магнитного поля в объем сверхпроводника; установлено, что максимум диссипации энергии переменного магнитного поля связан с появлением в сверхпроводнике резистивного состояния; обнаружен эффект значительного увеличения амплитуды четных гармоник в нестационарном магнитном поле и в токовом состоянии, связанный с особенностями динамики вихревой структуры; показано, что в вихревой структуре сверхпроводника при воздействии низкочастотного переменного магнитного поля существуют релаксационные процессы с характерными временами 10"3-ИО"2 с.
і Основные положення и результаты, выносииые на защиту. На основании
! результатов проведенных исследований были сформулированы следующие основные положения:
-
Влияние распределения магнитного потока в межгранулярном пространстве на процесс проникновения переменного магнитного поля.
-
Установление связи между появлением в сверхпроводнике резистивного состояния и максимумом диссипации энергии переменного магнитного поля.
-
Эффект значительного увеличения амплитуды четных гармоник в нестационарном магнитном поле и в токовом состоянии.
Научная и практическая ценность работы. Разработанные в диссертации методика и экспериментальные установки, а также полученные на их основе физические закономерности процесса диссипации энергии и проникновения магнитного поля в высокотемпературные сверхпроводники, служат основой формирования нового подхода к созданию криогенных устройств, в котором приоритет отдан пониманию физических процессов, протекающих в сверхпроводящих элементах их конструкций.
Апробация работы. Основные результаты и положения диссертационной работы докладывались на следующих конференциях, совещаниях, семинарах:
Первом Ростовском международном симпозиуме по высокотемпературной сверхпроводимости (Росгов-на-Дону, 1998);
международной научно-тенической конференции "Холодильная техника России. Состояние и перспективы накануне XXI века" (С-Петербург, 1998);
20-й международной конференции "Релаксационные явления в твердых телах" (Воронеж, 1999);
3-й международной конференции по физике ферроэластиков (Воронеж, 2000);
3-м Всероссийском семинаре "Нелинейные процессы и проблемы самоорганизации в современном материаловедении" (Воронеж, 2000 );
4 - 38, 39, 40 научно-технических конференциях профессорско-
преподавательского состава научных работников, аспирантов и студентов ВГТУ
(Воронеж, 1998,1999, 2000).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ в виде статей и тезисов докладов.
Личный вклад автора. Разработка экспериментальных установок, комплексное исследование сверхпроводников, обработка полученных результатов средствами вычислительной техники, участие в их обсуждении и подготовка научных публикаций. Консультирование по разработке и созданию экспериментальной базы, возникающим в ходе выполнения методическим вопросам, участке в обсуждении результатов исследований осушествлял научный консультант канд. техн. наук, доц. Голев И.М.
Структура н объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка используемой литературы. Работа содержит 148 страниц машинописного текста, 47 рисунков, 4 таблицы и библиографию из 160 наименований
