СОЗДАНИЕ ИМПУЛЬСНО НАМАГНИЧИВАЕМЫХ СВЕРХПРОВОДЯЩИХ МАГНИТНЫХ СИСТЕМ СО СЛАБОЗАТУХАЮЩИМ ТОКОМ НА ОСНОВЕ ВТСП ЛЕНТ ВТОРОГО ПОКОЛЕНИЯ (заключительный, этап 3)

Представлена численная модель гибридного магнита из короткозамкнутых ВТСП-катушек и ферромагнитных полюсов. Рассчитаны распределения полей в отверстии магнита и эволюция токов в короткозамкнутых соленоидах при импульсном намагничивании. Показано, что величина остаточного поля после намагничивания при расстоянии между полюсами менее 4 мм может быть выше 1.5 Тл при поле на обмотке около 0.6 – 0.7 Тл. Показаны способы формирования короткозамкнутых соленоидов как с помощью захватывающих витков, так и на основе соленоидов с паянными контактами. C помощью использованной гибридной системы можно добиться характерного времени затухания токов в интервале τ > 10^4 c. Сформированы ВТСП ленты второго поколения различного состава. Исследованы их структурные, критические и магнитополевые характеристики во внешнем поле до 1.5 Тл. Создан захватывающий виток из ВТСП-2 ленты и прототип сверхпроводящего соленоида из 15 лент, исследовано их намагничивание и релаксация захваченного магнитного потока. Разработаны технологии создания сверхпроводящего контакта для ВТСП лент 2-го поколения на основе GdBa2Cu3O7-x с использованием либо выращенного на ленте тонкого интерслоя YBa2Cu3O7-x или смеси мелкодисперсных порошков YBCO+GdBCO. По предложенной технологии созданы однооборотные витки со сверхпроводящим контактом для оценки сопротивления сверхпроводящего контакта. Измерения затухания сверхпроводящего тока в однооборотном витке позволили оценить контактное сопротивление, составившее менее, чем 2∙10^-13 Ω при 77 K. Критический ток сверхпроводящего контакта по критерию 1 мкВ/см составил более 60 А. Исследован метод импульсного намагничивания короткозамкнутого соленоида. Исследована релаксация магнитного потока после импульсного намагничивания в кольце со сверхпроводящим контактом, захватывающих витках и соленоидах на их основе для исследования стабильности магнитного поля в проектируемом магните. Проведено сравнение параметров релаксации магнитного потока при намагничивании короткозамкнутых соленоидов импульсным и квазистационарным полями. Логарифмическая скорость релаксации зависит от степени намагничивания контура и не зависит от способа её достижения (импульсный или квазистационарный). При этом в случае квазистационарного намагничивания необходимо большее значение амплитуды Heff , при которой достигается максимальный захват чем для импульсного намагничивания. Логарифмическая скорость релаксации постоянна при амплитудах выше Heff и составляет величину порядка 0,036. Исследовано влияние анизотропии токонесущей способности ВТСП ленты на величину захваченного потока и эволюцию экранирующего тока после импульсного намагничивания. Ток в ленте на основе GdBCO деградирует во внешнем поле сильнее, чем в ленте на основе YBCO+211. При этом логарифмическая скорость релаксации, характеризующая эволюцию экранирующего тока, в обеих лентах практически одинаковая. Токонесущая способность витков из ленты на основе GdBCO меньше деградирует в собственном поле, чем для витков из YBCO с добавлением 8% фазы 211. При этом логарифмическая скорость релаксации у TSM-сборки YBCO+211 оказывается выше, чем у сборки GdBCO. Впервые в России создан соленоид из ВТСП ленты 2-го поколения со сверхпроводящим контактом. Критический ток соленоида по критерию 1 мкВ/см составил 36 А, коэффициент n=15. Проведены исследования влияния внешнего магнитного поля на сверхпроводящий контакт. При температурах выше 65 К сверхпроводящий контакт показывает невысокие электрические характеристики во внешнем магнитном поле, однако снижение температуры до температуры жидкого гелия позволяет существенно поднять свои свойства. Увеличение площади контакта путем одновременного создания нескольких параллельных контактов позволяет практически кратно повысить электрические свойства. Процесс повторного синтеза сформированного контакта или создание контакта при контролируемом механическом давлении так же позволяет поднять свойства получаемого контакта. Увеличенная на 25°C температура нагревателя при накислораживающем отжиге позволяет лучше насытить контакт кислородом и увеличить его характеристики. Исследована эволюция токов и магнитного поля в соленоиде со сверхпроводящим контактом в процессе намагничивания в различных режимах. Исследование проведено экспериментально, а также численным моделированием. Показано согласие получаемых при моделировании результатов с экспериментальными данными. Показана возможность перехода образца из режима намагничивания «через контакт» в режим намагничивания «по всей длине». Проанализированы энергетические затраты на намагничивание в различных режимах. Предложен алгоритм определения оптимальных параметров намагничивания для минимизации этих затрат. Впервые обнаружено явление обрыва кругового тока и отрицательной релаксации захваченного магнитного потока в короткозамкнутых образцах на основе ВТСП лент 2-го поколения в результате импульсного намагничивания.