Читать онлайн «Сверхпроводниковые топологические электрические машины»

Ю. Ф. Антонов Я. Б. Данипевич СВЕРХПРОВОДНИКОВЫЕ ТОПОЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ От авторов Приступая к написанию книги, авторы ставили перед собой задачу дать по возможности полную в определенной степени ретроспективную картину возникновения нового класса сверхпроводниковых топологических электрических машин. По пути к цели, на достижение которой затрачено без малого четыре десятка лет, даны ответы на вопросы принципиального свойства (физика конденсированного состояния), теоретического характера (электричество и магнетизм), расчетно-мето- дического и технологического плана (электромашиностроение). Анализ сторонних работ в области технической сверхпроводимости и в смежных с ней разделах физики сверхпроводимости определил круг первостепенных задач, без решения которых невозможно создание высокоэффективных топологических электрических машин. Каковы же достижения в данной сфере прикладной сверхпроводимости, находящейся на стыке электрофизики и электромеханики? Голландский физик Дж. Фолгер (J. Volqer) в 1962 г. впервые изложил принцип действия «сверхпроводникового топологического генератора» [219]. На Западе он чаще именуется «flux pump» — «насос магнитного потока» [42, 143, 214-220]. Формулировка Дж. Фолгера считается классической. В Голландии, Германии, Англии, Франции, Швейцарии, Японии, Канаде и США были созданы соответствующие опытные образцы. В единичном агрегате достигнут ток 2,5 кА. Предложены физические модели и ряд формул, качественно объясняющих работу топологического генератора. Однако после первых успехов ученые и разработчики зашли в тупик. Задача получения тока 10 кА и выше оказалась невыполнимой. В это же время среди физиков возникла длительная, до сего времени не завершенная дискуссия о природе ЭДС в топологических устройствах. Она послужила толчком для исследования топологических электрических машин, работа которых основана на динамике промежуточного и смешанного состояний сверхпроводников. В чем же заключалась причина неудач? Что мешало достижению в топологическом генераторе тока 10 кА и более? На эти вопросы в книге даны исчерпывающие ответы. Показано, что главным препятствием при создании основ теории и расчета и разработке топологических генераторов на токи ЮкА и выше стало недостаточно глубокое понимание принципа их действия. По этой причине все попытки дать строгое математическое описание «топологического эффекта» оказались малоэффективными. Отсутствие фундаментальной теории препятствовало развитию топологических генераторов и достижению высоких номинальных параметров, которые обеспечили бы их конкурентоспособность как систем питания сверхпроводниковых устройств. Согласно классическому представлению работа топологического генератора возможна только при образовании в резистивно-сверхпро- водящем коммутаторе нормальной зоны [219]. Как известно, в топологических генераторах из-за наличия ферромагнитных узлов магнитные поля находятся на уровне 1 Тл. Вследствие этого для обеспечения образования нормальной зоны при изготовлении резистивно- сверхпроводящих коммутаторов применялись сверхпроводники только с низким значением критического магнитного поля (~ 1Тл).