20131106-n06磁通运动与钉扎.ppt

超导电力基础 2013年10月 - 12月 唐 跃 进、任丽、石晶 邮箱：tangyj@mail.hust.edu.cn 4.4 交流损耗 4.3 磁通运动 4.1 引言 4.2 磁通流阻和磁通钉扎 4.5 超导稳定性 四、从物理走向应用的电磁问题 4.6 超导导线 G-L特征长度ξGL的大小影响超导体的电磁特性 令 超导体为第一类超导体 超导体为第二类超导体 GL理论预言存在第II类超导体 复习 超导电力 四、应用电磁问题 磁场下临界电流的衰减 Ic Ic0 Hc0 Ha Ic Ic0 Hc/2 Ha Hc0 复习 超导电力 四、应用电磁问题 临界电流的试验结果 a b c 曲线a，第I类超导体 曲线b，理想第II类超导体 曲线c，非理想第II类超导体 复习： 问题的发现 第II类超导体 临界电流比预期值更大 超导电力 四、应用电磁问题 当电流大于某一值时产生电压，此时在超导体内部已经存在电阻。但是，其电阻率远小于超导体处于常态时的电阻。 理想特性 问题的发现 未达到临界电流已有电阻 超导电力 四、应用电磁问题 Ic 电阻特性的实验结果 磁场增强 纯度提高 根据以上试验结果，我们可以得出一个结论： 超导体传导电流时的初期电阻有特有的机制 超导电力 四、应用电磁问题 为什么电阻生成过程中有缓慢上升段？ 为什么第II类超导体的临界电流与磁场的关系不满足简单的电磁理论分析结果？ 问题的发现 超导电力 四、应用电磁问题 磁通流阻 磁通钉扎 不可逆磁化 4.2 磁通流阻和磁通钉扎 超导电力 四、应用电磁问题 第I类：中间态 第II类：混合态 第I、II类超导体的磁通侵入状态不同 复习 四、应用电磁问题 4.2 磁通流阻与磁通钉扎 混合态磁通侵入后的分布 磁场以磁通量子侵入超导内部 磁通量子部分为常态核 各磁通量子之间为超导体 因电磁力作用磁通量子规则排列 第II类超导体混合态磁通量子分布形态 磁通量子 复习 四、应用电磁问题 4.2 磁通流阻与磁通钉扎 磁通线 电流 磁通量子的密度为n， 则等效磁通密度为： 4.2 磁通流 1） 磁通流阻 在混合态下传输电流 混合态存在常导区域 磁通量子区域为常态 洛仑兹力使磁力线流动 磁力线切割常态 产生损耗 —— 磁通流阻 4.2 磁通流 1） 磁通流阻 磁通流切割导体，在导体内将感应电动势 若磁通线的运动速度为 则，在常态部分感应的电动势为 磁通量子的常态区域半径 ≈ 单位长度磁通量子上的损耗为 为常态区域的导电率 4.2 磁通流 1） 磁通流阻 电阻特性的实验结果 超导体的电压－电流特性呈现的小于常态电阻的电阻正是这种磁通运动产生的电阻 4.2 磁通流 1） 磁通流阻 4.2 磁通流 1） 磁通流阻 解决途径 既然磁通运动在超导体中产生损耗， 采用阻止磁通运动即成为降低损耗的有效措施 —— 磁通钉扎 4.2 磁通流 2） 磁通钉扎 如果超导体内部存在缺陷、杂质，使得该点的超导电性变弱，那么，磁通更容易通过该点，而且磁通为离开该点，需要克服一定的势垒，这形成对磁通运动的阻力。 ——钉扎效应 缺陷 杂质 势 垒 钉扎效应 4.2 磁通流 2） 磁通钉扎 具有钉扎效应的微观缺陷称为钉扎中心。 磁通离开钉扎中心需要克服势垒，即需要克服钉扎力 钉扎中心 缺陷 杂质 势 垒 4.2 磁通流 2） 磁通钉扎 电流和磁通量子之间的洛伦兹力： 存在钉扎中心时传输电流 钉扎中心的钉扎力 4.2 磁通流 2） 磁通钉扎 问 题 超导体中具有钉扎中心后会产生什么效果？ 4.2 磁通流 2） 磁通钉扎 只有当 时磁通才会运动 （1）钉扎的效果之一：增强了通流能力 有钉扎 无钉扎 4.2 磁通流 2） 磁通钉扎 钉扎力越大临界电流越大。 为了提高导线的通流能力，在导线制造过程中，人为地掺杂制造钉扎力是获得优良导线的重要手段。 4.2 磁通流 2） 磁通钉扎 人工制造钉扎中心的主要手段： 掺杂 超导磁块 外加磁场磁化 H （2）钉扎的效果之二：超导体永磁体 4.2 磁通流 2） 磁通钉扎 由于钉扎力的存在，使得超导体具有了束缚磁通的能力用超导体制作的永久磁体，既可以实现磁悬浮，也可以实现磁悬垂 磁铁 超导体 磁铁 超导体 （3）钉扎的效应之三：可实现超导磁悬垂 4.2 磁通流 2） 磁通钉扎 钉扎效应使得磁通侵入或退出超导体均遇到阻力 从而使磁化成为不可逆的，出现剩磁、磁滞等现象 H Bi －M Hc2