考慮非均勻臨界電流密度效應(yīng)的高溫超導體磁通跳躍與交流損耗的理論研究.pdf

1、高溫超導體在極低溫度環(huán)境下的磁通跳躍不穩(wěn)定性現(xiàn)象和在交變條件作用下的能量損耗直接關(guān)系到超導裝置和系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，是超導體應(yīng)用中關(guān)注的基礎(chǔ)性課題，其研究一直受到高度重視。由于高溫超導材料在制備過程中不可避免地存在大量各種類型的點陣缺陷造成超導體內(nèi)釘扎勢以及臨界電流密度分布的不均勻性，那么與之相關(guān)的磁通跳躍和交流損耗就成為超導裝置和系統(tǒng)安全設(shè)計和優(yōu)化的關(guān)鍵科學問題。本文采用局部絕熱假定從磁熱相互作用的角度考慮臨界電流密度非均勻分布效應(yīng)

2、對磁通跳躍和交流損耗的影響并對高溫超導薄膜的磁場和電流密度的分布及其損耗情況進行了深入研究，得到了一些有意義的結(jié)果。 首先，針對高溫超導體磁通跳躍的臨界電流密度非均勻分布效應(yīng)，從磁熱相互作用角度考慮環(huán)境初始溫度和外加磁場變化速度的影響，通過求解初次磁通跳躍預測方程建立了磁通跳躍臨界電流密度非均勻分布效應(yīng)的理論模型，同時在臨界態(tài)理論框架內(nèi)考慮熱量分布和溫度響應(yīng)給出了高溫超導體磁通跳躍的解析表述。本文建立的理論模型能很好地預測已有的

3、實驗數(shù)據(jù)和數(shù)值結(jié)果，并且理論計算發(fā)現(xiàn)：臨界電流密度非均勻分布效應(yīng)嚴重影響磁通跳躍現(xiàn)象，對磁通跳躍的產(chǎn)生有抑制作用，并且隨著表征不同臨界電流密度區(qū)域強度差異的參數(shù)Y=Jcw/Jcs的增大，抑制作用變得越來越顯著。 其次，基于Norris方程考慮自場作用，分析了臨界電流密度非均勻分布效應(yīng)對高溫超導圓柱體線材傳輸交流損耗的影響。理論計算發(fā)現(xiàn)：臨界電流密度沿著超導圓柱體線材徑向由內(nèi)及外遞增的非均勻分布方式能夠有效減小傳輸損耗.當規(guī)一化傳

4、輸電流較大或接近臨界電流時，臨界電流密度的非均勻分布效應(yīng)對傳輸損耗的影響比較顯著；當規(guī)一化傳輸電流較小時，其影響一般情況下可以忽略不計。臨界電流密度沿橫截面徑向由內(nèi)及外以線性和平方的方式對損耗行為的改變與以階梯狀方式有所不同。特別指出，超導圓柱體橫截面上邊界處的臨界電流密度分布對減小傳輸損耗極其重要。 最后，考慮高溫超導薄膜的二維超導電性效應(yīng)以及磁場和電流密度的分布特征，研究了超導薄膜交流損耗的臨界電流密度非均勻分布效應(yīng)。理論計

5、算發(fā)現(xiàn)：超導平板和薄膜樣品對外加磁場和傳輸電流的電磁響應(yīng)有著本質(zhì)上的區(qū)別。磁場分別以線性和強非線性的形式穿透超導平板和薄膜。在超導平板中無場區(qū)電流密度為零而臨界區(qū)以Jc傳輸電流，在薄膜中臨界區(qū)電流密度為Jc而在無場區(qū)其連續(xù)變化且不為零。薄膜傳輸損耗的臨界電流密度非均勻分布效應(yīng)定性上與其它幾何形狀的超導體基本一致，在高場時薄膜磁化損耗的臨界電流密度非均勻分布效應(yīng)逐漸消失。 總之，通過本文對高溫超導材料磁通跳躍和交流損耗的臨界電流密