ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2009, том 428, № 4, с. 471-473
ТЕХНИЧЕСКАЯ ФИЗИКА
УДК 537.311.87:533.9.004.14:533.951
ВОЗДЕЙСТВИЕ УДАРНЫХ ВОЛН НА ТОКОНЕСУЩИЕ СВОЙСТВА ВТСП-ЛЕНТЫ УВСО(123)
© 2009 г. Л. Х. Антонова, И.В. Боровицкая, П. В. Горшков, Е. И. Демихов, Л. И. Иванов, академик О.Н. Крохин, Г. Н. Михайлова, А. П. Менушенков, В. Я. Никулин, А. В. Огинов, А. И. Подливаев, С. В. Покровский, И. А. Руднев, А. В. Троицкий
Поступило 19.05.2009 г.
В основу данного исследования положено явление образования точечных дефектов — вакансий и межузельных атомов (коллективных пар Френкеля) — на фронте ударных волн при их прохождении через металлические и полупроводниковые материалы [1]. При этом концентрация возникающих вакансий может на несколько порядков превышать концентрацию термических вакансий, присутствующих в исследованном материале при выбранной температуре эксперимента. В 1973 г., учитывая открытый эффект образования точечных дефектов в металлических и полупроводниковых материалах на фронте образованных ударных волн, исследовали их воздействие на температуру перехода в сверхпроводящее состояние Тс сплавов на основе ниобия [2, 3]. Эти исследования показали влияние возникших ударных волн на Тс. Наблюдаемый эффект объясняли ускорением диффузионных процессов за счет возникающих при прохождении ударных волн избыточных термодинамически неравновесных дефектов, а также возможной ролью образующихся дислокационных петель внедрения. Впоследствии этот подход был подтвержден образованием при прохождении ударных волн интерметаллического соединения МЬБе при комнатной температуре (в обычных условиях это соединение образуется при 2004°С) [4].
Эти исследования дают основания предполагать, что и при воздействии на ВТСП ударных волн большой мощности можно ожидать суще-
Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской Академии наук, Москва Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова
Российской Академии наук, Москва Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской Академии наук, Москва Московский инженерно-физический институт Международная лаборатория сильных магнитных полей и низких температур, Вроцлав, Польша
ственных изменений сверхпроводящих характеристик как за счет создания более равновесных структурно-фазовых состояний, так и за счет образования дислокационных петель внедрения и вакансионных пор — центров пиннинга. В данном исследовании в качестве образцов использовалась промышленная лента ВТСП УВа2Си307- х производства США.
СХЕМА ЭКСПЕРИМЕНТА
Эксперименты проводили на установке типа плазменный фокус ПФ-4 комплекса "Тюльпан" (ФИАН) [5, 6]. Для реализации субмикросекунд-ного ударно-волнового воздействия использовали явление генерации ударных волн при взаимодействии высокоскоростной кумулятивной струи
Я * —■ 5
—......................
Рис. 1. Схема экспериментальной камеры. 1 — образец; 2 — алюминиевая кювета; 3 — эпоксидная смола; 4 — пластина из молибдена; 5 — струя аргоновой плазмы; 6 — катод; 7 — анод.
1
4
472
U, мкВ
АНТОНОВА и др.
100 I, A
Рис. 2. Вольт-амперные характеристики ВТСП-лен-ты до и после воздействия кумулятивной струи плазмы, Т = 77 К, Н = 0. 1 — исходный образец, 2 — после воздействия кумулятивной струи плазмы.
плазмы с твердотельной мишенью. Для этого был выбран режим работы установки со следующими параметрами: энергия, запасаемая в конденсаторном накопителе, 3.6 кДж, рабочий газ — аргон, давление рабочего газа 2.5 мбар. Установка данного типа позволяет получать кумулятивные плазменные струи с ионной плотностью около 1018 см-3. Скорость плазменной струи в месте установки исследуемых образцов (1-4) • 107 см/с. Время воздействия плазменного импульса на образец ~50 нс. Средняя температура плазмы в струе <10 эВ. Плотность потока энергии плазменного импульса на мишени от 108 до 1010 Вт/см2.
Схема экспериментальной камеры представлена на рис.1. Кумулятивная плазменная струя направлялась в узел установки образца, представляющий собой разборную алюминиевую кювету с окном в стенке, обращенной к струе. Для исключения термического воздействия струи плазмы устанавливалась защитная пластина из молибдена. Для равномерной передачи ударного воздействия на плоскость образца по всей площади контакта использовалась вакуумная эпоксидная смола, заполняющая промежуток от пластины молибдена до образца.
Образцы представляли собой прямолинейные отрезки герметичного композитного сверхпроводника в виде ленты размером 0.1 х 4 х 30 мм3 производства компании "SuperPower 1пс". (США) с критическими параметрами /с = 2 • 106 А/см2 (при Т = 77 К) и Тс = 92 К. Лента У-123 представляет собой пленку УВа2Си307 - х на подложке из сплава хастеллой С 276 (№—Сг—Мо—Ре—^) с несколькими буферным слоями. Сверху пленка сверхпроводника покрыта слоем серебра толщиной 2 мкм. Для защиты от механических поврежде-
Ic(77K, 0 Тл)
0.1
0.01 1
10-
H \\ ab
2 1
_i_I_I_I_I_I_I_I_I_I
10
10-
-2
H\\ С
1 0 1
5 6
7 8 9 H, Тл
Рис. 3. Зависимости критического тока от внешнего магнитного поля для исходного (1) и экспериментального (2) образцов в геометрии Н || аЬ и Н || с. В поле Н = 8 Тл увеличение критического тока составляет примерно 60% в геометрии Н || аЬ, (плоскость аЬ образца параллельна плоскости подложки).
ний, герметизации и стабилизации по току лента У-123 покрыта слоем меди толщиной 20 мкм [7].
РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА
Величина критического тока до и после воздействия кумулятивной струи плазмы определялась четырехзондовым методом по вольт-амперным характеристикам, приведенным на рис. 2. Получено заметное увеличение величины критического тока: 1с увеличился с 95 до 100 А (Т = 77 К, Н = 0).
Для исследования пространственного распределения критического тока в ВТСП-ленте после воздействия ударных волн применен метод сканирующей холловской магнитометрии. Суть метода заключается в том, что датчик Холла фиксирует непосредственно величину локального магнитного поля вблизи поверхности ВТСП-образца, пред-
1
0
ВОЗДЕЙСТВИЕ УДАРНЫХ ВОЛН НА ТОКОНЕСУЩИЕ СВОЙСТВА
473
варительно намагниченного во внешнем магнитном поле. При перемещении датчика Холла в двух направлениях производится сканирование и запись значения магнитного потока по всей исследуемой поверхности. Из полученных данных с помощью численного решения задачи инверсии закона Био—Савара в рамках модели Бина можно определить критический ток в различных точках исследуемого образца [8, 9].
Основой экспериментального стенда является полупроводниковый датчик Холла, расположенный на двухкоординатном манипуляторе. В работе использовался преобразователь Холла, имеющий следующие характеристики: размер преобразователя 2 х 1.5 х 0.6 мм3, размер рабочей зоны датчика 0.45 х 0.15 мм2, магнитная чувствительность 64 мкВ/мТл.
С помощью сканирующей холловской магнитометрии были построены поверхности распределения захваченного магнитного поля и критического тока, которые демонстрируют улучшение токонесущей способности после воздействия ударной волны.
Для исходного и экспериментального образцов были измерены зависимости критического тока от внешнего магнитного поля до 8 Тл при двух ориентациях H || аЬ и H || с (рис. 3). Плоскость аЬ образца параллельна плоскости подложки, ось с образца перпендикулярна плоскости аЬ. Для каждой ориентации значение критического тока после воздействия ударной волны оказалось больше, чем в исходном образце. В частности, в поле 8 Тл для H || аЬ увеличение тока составляет примерно 60%.
Таким образом, установлено, что воздействие импульсной высокоскоростной кумулятивной
струи плазмы может приводить к повышению криттока ВТСП-ленты, в том числе в сильных магнитных полях до 8 Тл. Предполагается, что причиной увеличения критического тока является генерация центров пиннинга в условиях действия ударной волны.
Авторы выражают благодарность Е.Г. Максимову за обсуждение результатов данной работы.
Работа выполнена при поддержке РФФИ гранты (09-08-00430, 08-02-00759) и гранта аналитической ведомственной целевой программы "Развитие научного потенциала высшей школы" (2.1.1/2479).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Мезох З.И., Янушкевич В.А., Иванов Л.И. // Физика и химия обработки материалов. 1971. № 4. С. 163.
2. Дехтяр И.Я., Иванов Л.И., Карлов Н.В. и др. // Письма ЖЭТФ. 1973. Т. 18. № 4. С. 258.
3. Дехтяр И.Я., Иванов Л.И., Карлов Н.В. и др. // Квантовая электроника. 1976. Т. 3. № 4. С. 844.
4. Дехтяр И.А., Иванов Л.И., Карлов Н.В. и др. // Письма ЖЭТФ. 1981. Т. 33. № 2. С. 126.
5. OginovA.V., Nikulin V.Ya., TikhomirovA.A., EliseevS.P. // Czech. J. Phys. 2006. V 56. Suppl. B. P. 315.
6. Eliseev S.P., Nikulin V.Ya., Oginov A.V., Tikhomirov A.A. // Probl. Atom. Sci. and Technol. Ser.: Plasma Phys. 2006. V 12. № 6. Р. 47.
7. www.superpower-inc.com. Официальный сайт компании "SuperPower Inc".
8. Подливаев А.И., Руднев И.А., Покровский С. В. // Инж. физика. 2007. № 5. С. 18.
9. Pokrovski S.V., Rudnev I.A., Podlivaev A.I. // J. Phys. Conf. Ser. 2009. V. 150. 052211.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.