Stabilność termiczna technicznych nadprzewodników
Jedną z najważniejszych właściwości technicznych nadprzewodników jest ich
stabilność, czyli możliwość samoczynnego powrotu przewodu do stanu
bezoporowego po utracie właściwości nadprzewodzących przez część lub cały
przewód w wyniku lokalnej dysypacji energii w przewodzie. Stabilność
nadprzewodnika ilościowo określają parametry graniczne, zwane wskaźnikami
lub parametrami stabilności, wyznaczające obszar bezpiecznej (stabilnej)
pracy nadprzewodnika. Parametry stabilności są wykorzystywane podczas
projektowania i eksploatacji urządzeń nadprzewodnikowych.
We wprowadzającej części pracy, po krótkim omówieniu konstrukcji
i właściwości technicznych nadprzewodników, scharakteryzowano najczęściej
stosowane parametry stabilności oraz sposoby ich wyznaczania.
Zasadniczą część pracy rozpoczęto od sformułowania nowego równania
przewodnictwa cieplnego, które może być wykorzystane do opisu
szybkozmiennych zjawisk cieplnych w nadprzewodnikach. Równanie to uwzględnia
skończoną prędkość strumienia ciepła oraz relaksację wewnętrznego źródła
ciepła.
W dalszej części pracy kolejno omówiono opracowane przez autora metody
analityczne wyznaczania parametrów stabilności, przede wszystkim
najczęściej wykorzystywanego z nich - energii krytycznej przewodu.
Przedstawiona analityczna metoda wyznaczania minimalnego prądu propagacji
uwzględnia pełną charakterystykę wrzenia chłodziwa oraz umożliwia wykonanie
obliczeń dla dowolnej zależności przewodności cieplnej od temperatury.
Zaproponowana ogólna metoda analityczna wyznaczania energii krytycznej jako
przyrostu entalpii w strefie normalnej obejmuje zarówno quasi-stacjonarną
minimalną strefę propagacji, jak i niestacjonarne strefy oporowe. Metoda
ta uwzględnia wrzenie pęcherzykowe i błonowe chłodziwa.
Opracowana analityczna metoda obliczania energii krytycznej przewodu
adiatermicznego uwzględnia nieustalone przewodzenie ciepła w przewodzie,
zmienność współczynnika przewodzenia ciepła i pojemności cieplnej przewodu
z temperaturą oraz skończony wymiar i skończony czas działania zakłócenia
energetycznego.
Podana analityczna metoda wyznaczania energii krytycznej przewodu będącego
w bezpośrednim kontakcie z chłodziwem uwzględnia nieustaloną wymianę ciepła
w przewodzie i chłodziwie oraz skończony wymiar i skończony czas działania
zakłócenia.
W końcowej części pracy omówiono niestacjonarny model numeryczny strefy
normalnej uwzględniający ścisłą zależność przewodności i pojemności
cieplnej przewodu od temperatury, strefę podziału prądu, nieustalone
wnikanie ciepła do chłodziwa oraz nieliniowość charakterystyki wrzenia
chłodziwa w stanie ustalonym.
W pracy przeprowadzono również badanie wpływu podstawowych wielkości
charakteryzujących nadprzewodnik i warunki jego pracy na wartość
parametrów stabilności, zaproponowanymi metodami analitycznymi i metodami
numerycznymi, wyciągając szereg ogólnych wniosków. Dokonano także
porównania wyników obliczeń własnych z wynikami pomiarów i obliczeń
zaczerpniętymi z literatury stwierdzając w większości przypadków ich
dobrą zgodność.