Естественные и технические науки, № 5, 2013
Физика магнитных явлений
Ермолаев Ю.С., кандидат физико-математических наук
Руднев И.А., кандидат физико-математических наук, доцент (Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»)
ЛЕВИТАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СВЕРХПРОВОДЯЩИХ ЛЕНТ
НА ОСНОВЕ YBA2CU3O7-X
Представлены результаты измерения силы магнитной левитации в системе сверхпроводник -постоянный магнит. Для исследований использованы стопки лент на основе высокотемпературного сверхпроводника (ВТСП) YBa2Cu3O7-x (YBCO). Установлена линейная зависимость максимальной силы левитации от числа лент в стопке N, что указывает на возможность использования стопки ВТСП лент в магнитных подшипниках при увеличенных значениях N.
Ключевые слова: высокотемпературные сверхпроводники, сила левитации, магнитный подшипник, оптимизация параметров.
LEVITATION CHARACTERISTICS OF YBA2CU3O7-X SUPERCONDUCTING TAPES
The results of measuring of levitation force in the superconductor - permanent magnet system are presented. Stacks of high temperature superconductors (HTSC) tapes based on YBa2Cu3O7-x (YBCO) were used for studies. The linear dependency of maximum levitation force on number of tapes in the stack are found. It points out to the possibility of HTSC tapes application in the magnetic bearings at higher N.
Keywords: high temperature superconductors, magnetic bearing, magnetic levitation, parameters optimization.
Вместе со значительным прогрессом в технологии изготовления объёмных ВТСП материалов остаются нерешенными ряд проблем, основная из которых - слабая механическая прочность. При множественном термоциклировании происходит растрескивание ВТСП образцов, что неизбежно приводит к снижение их сверхпроводящих свойств и левитационных свойств. Также имеются существенные трудности с созданием объёмных ВСТП образцов сложной формы, необходимой для оптимизации ВТСП систем. В настоящем сообщении рассмотрена альтернативная возможность применения для левитационных устройств сверхпроводящего материала на основе ленточных высокотемпературных сверхпроводников.
В работе использованы ВТСП ленты промышленного производства фирмы SuperPower [1] на основе YBCO (толщина ВТСП слоя~ 1 мкм). Ширина ленты - 12 мм, толщина - 0.1 мм. Измерения критического тока, выполненные резистивным методом при Т=77 К, показали значение 280 А по критерию 1 мкВ/см в отсутствии внешнего магнитного поля, что соответствует плотности тока 2,3 МА/см2 (на ВТСП слой). Измерения зависимости силы левитации Fz от расстояния z между магнитом и массивом лент выполнялись при Т=77 К в режимах охлаждения без магнитного поля (ZFC) и в магнитном поле (FC). В качестве источника магнитного поля использован NdFeB магнит с осевой намагниченностью диаметром 15 мм, толщиной 20 мм. Плоская поверхность магнита ориентирована параллельно плоскости лент. Измерения Fz (z) проводились на стопке (массиве) лент, нарезанных на квадраты 12x12 мм2. Количество лент в массиве менялось от N=3 до N=10.
Естественные и технические науки, № 5, 2013
Пример зависимости Fz (г) для стопки из N=9 лент показан на рис. 1. Зависимости для иных значений N имеют аналогичный вид. Из данных рисунка 1, выбрана максимальная отталкивающая сила Fz гер. На рис. 2 показана зависимость максимальной отталкивающей силы Fz гер от N. Полученные данные, по крайней мере, при малом значении N соответствуют линейной зависимости (на рисунке для сравнения приведена интерполяция линейной функцией). Такая зависимость Fz(z) типична для объёмных образцов с малой толщиной или для плёнок (см., например, [2]).
Интерполяция данных, представленных на рис. 2 линейной зависимостью дает коэффициент ~ 0.062, что соответствует силе 0.62 Н при толщине массива лент 1 мм. Расчет силы магнитной левитации для эквивалентного сплошного объемного ВТСП диска диаметром 13.5 мм, проведенный по методу [3] дает сопоставимые значения.
z, cm
Рис. 1. Зависимость силы Fz от зазора г Рис. 2. Зависимость предельной
в режиме ZFC для девяти лент в массиве. отталкивающей силы от количества лент
Стрелками показано направление изменения в массиве N в режиме ZFC. Точки - экспериментальные данные, линия - интерполяция.
Таким образом, измеренные значения силы магнитной левитации на стопке ВТСП лент незначительно уступают по величине аналогичным значениям для объемных образцов, что делает возможным применение ВТСП лент в системах на основе магнитной левитации.
Работа выполнена при поддержке Минобрнауки РФ, ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы», ГК № 16.740.11.0690.
ЛИТЕРАТУРА
1. Сайт производителя http://www.superpower-inc.com.
2. Riise A.B. et al. Phys. Rev. B. 1999. V. 60. P. 9855-9861.
3. Ермолаев Ю.С. и др. Письма в ЖТФ. 2005. Т. 31. Вып. 24. Стр. 60-66.
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.