Що таке пиннинг 1987 Асламазов л

Що таке пиннинг?

Відомо, що на провідник зі струмом в магнітному полі діє сила. А куди прикладена сила протидії, що виникає за третім законом Ньютона? Якщо, наприклад, магнітне поле створюється іншим провідником зі струмом, то на нього діє рівна за величиною і протилежна за направленням сила (сили взаємодії між провідниками з струмом визначаються законом Ампера). У нашому випадку ситуація складніша.

Коли надпровідник знаходиться в змішаному стані і по ньому тече струм, то в тих областях, де є магнітне поле (серцевини вихорів), виникають сили взаємодії між струмом і полем. В результаті розподіл струму змінюється, але і області, в яких зосереджено магнітне поле, не залишаються нерухомими, а починають переміщатися. Абрикосівська вихори під дією струму рухаються!

Сила, що діє на струм в магнітному полі, перпендикулярна індукції магнітного поля і напрямку провідника. Сила, що діє з боку струму на Абрикосівська вихор, теж перпендикулярна індукції магнітного поля і напрямку струму. Якщо, наприклад, в надпровіднику в змішаному стані, показаному на рис. 5, створити струм, що протікає зліва направо, то Абрикосівська вихори під дією струму почнуть рухатися знизу вгору або зверху вниз (в залежності від напрямку індукції магнітного поля). Але рух Абрикосівської вихору крізь надпровідник - це переміщення нормальної, сверхпроводящей, серцевини. При такому русі виникає своєрідне тертя, яке призводить до виділення тепла. Значить, при протіканні струму через надпровідник, що знаходиться в змішаному стані, все-таки з'являється опір, і використовувати такі надпровідники для створення соленоїдів можна.

У чому ж вихід? Треба перешкодити вихором рухатися, закріпивши їх на місці. Зробити це, виявляється, можна. Треба тільки "зіпсувати" надпровідник, створити в ньому якісь дефекти. Дефекти зазвичай виникають самі по собі в результаті механічної або термічної обробки матеріалу. На рис. 6, наприклад, показана Електронномікроськопічеськие фотографія плівки нітриду ніобію (критична температура якої 15 К), отриманої напиленням металу на скляну пластинку. Ясно видно зерниста (столбчатая) структура матеріалу. Перескочити через кордон зерна вихору досить складно. Ось чому до певного значення струму (його називають критичним струмом) вихори залишаються нерухомими. Електричний опір в такому випадку дорівнює нулю.

Це явище називають піннінга - від англійського слова pinning, що в перекладі на українську мову означає "прішпіліванія".

Завдяки піннінга можна отримувати надпровідні матеріали з високим значенням як критичного поля, так і критичного струму. При цьому, якщо значення критичного поля визначається властивостями самого матеріалу, значення критичного струму (точніше, його щільності, тобто сили струму, що припадає на одиницю площі перетину) багато в чому залежить від способу приготування, методів обробки матеріалу. Зараз розроблена технологія, що дозволяє отримувати надпровідні матеріали, що мають високі значення всіх критичних параметрів. Наприклад, на основі сплаву ніобію з оловом можна отримати матеріал з щільністю критичного струму в сотні тисяч ампер на квадратний сантиметр, верхнім критичним полем 25 Тл і критичною температурою 18 К.

Але це ще не все. Адже важливі і механічні властивості матеріалу - з нього має бути зроблено котушку. Сам по собі сплав ніобію з оловом крихкий, і такий дріт згинати не можна. Тому надпровідні соледоіди виготовляли наступним чином: порошок з ніобію і олова набивали в ниобиевая трубку. Потім трубку витягали в дріт, намотували котушку і нагрівали. В результаті виходив готовий соленоїд зі сплаву Nb3 Sn.

У промисловості використовуються більш технологічні матеріали, наприклад сплав ніобію з титаном NbTi, який володіє достатньою пластичністю. На основі цього сплаву створюють так звані композиційні надпровідники.

У бруску міді просвердлюють безліч дірок і вводять в них стрижні надпровідника. Потім брусок витягають в довгу дріт. Дріт розрізають на шматки і знову вводять в мідний брусок. Його знову витягають, розрізають на шматки і т. Д. В результаті виходить кабель, що містить до мільйона надпровідних жив, з якого і намотують котушки.

Важлива перевага кабелів полягає в тому, що надпровідний струм розподіляється в них по всіх жилах. Для надпровідника Навіть мідь є хорошим ізолятором - при паралельному з'єднанні мідного і надпровідного провідників весь струм тече по надпровідники, котрий володіє нульовим опором. Є і ще одна перевага. Уявімо собі, що в якийсь жилі надпровідність випадково зруйнувалася. Тоді виділяється тепло, і важливо відвести його, для того щоб запобігти переходу всього кабелю в нормальний стан. Мідь, яка є хорошим провідником тепла, успішно справляється з цим завданням, здійснюючи термічну стабілізацію. Крім того, мідь забезпечує хороші механічні властивості кабелів.