Ю.С. ЕРМОЛАЕВ, И.А. РУДНЕВ ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА СИЛУ МАГНИТНОЙ ЛЕВИТАЦИИ

УДК 538.945(06)+ 539.2(06) Сверхпроводимость и физика наноструктур
Ю.С. ЕРМОЛАЕВ, И.А. РУДНЕВ
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ФАКТОРЫ,
ВЛИЯЮЩИЕ НА СИЛУ МАГНИТНОЙ ЛЕВИТАЦИИ
Как известно, основной характеристикой магнитных левитационных
систем является сила левитации [1]. Для проектирования и моделирования
левитационных систем полезно знать, как образуется и от чего зависит
сила левитации. В данной работе показано, от каких факторов и как
зависит сила левитации в системе магнит-сверхпроводник. Это главным
образом: плотность критического тока сверхпроводника, величина и
градиент поля магнита, размеры сверхпроводника и магнита.
С ростом критического тока сила левитации растет (рис. 1, расчет
численным методом [2]). При малом критическом токе jc рост силы Fz
линейный, что соответствует полному проникновению токов в образец.
При большом jc сила левитации выходит на константу Fz_Meiss, которая
соответствует эффекту Мейснера, при этом работает небольшой
приповерхностный слой образца. При промежуточном jc наблюдается
некоторая переходная область, в которой изменение jc существенно
сказывается на распределении токов в образце.
Рис. 1. Зависимость максимальной
левитации
от
критического
сверхпроводника
силы
тока
164
ISBN 5-7262-0633-9. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2006. Том 4
УДК 538.945(06)+ 539.2(06) Сверхпроводимость и физика наноструктур
Также величина критического тока сказывается на зависимости Fz(z)
(рис. 2). При малом jc кривая Fz(z) почти симметрична. При большом jc
амплитуда кривой Fz(z) заметно больше и слабее выражен гистерезис.
С ростом размеров образца (рис. 3 и 4) сила левитации растет и
насыщается к некоторому максимальному значению.
От поля магнита сила левитации зависит сильнее, чем линейно, и
слабее, чем квадратично. Здесь сказываются два эффекта: как
приложенное поле индуцирует токи, и как приложенное поле с этими
токами взаимодействует. Величина индуцированных токов слабо зависит
от поля магнита при малом jc (при полном проникновении токов в
образец), и зависит от поля магнита линейно при большом jc (когда
индуцированные токи занимают небольшой приповерхностный слой).
40
60
30
Fz, N
Fz, N
40
20
20
10
0
0
0
0.004
0.008
0.012
0
0.01
Z, m
Рис. 3. Зависимость максимальной силы
левитации от толщины сверхпроводника
0.02
0.03
0.04
R, m
Рис. 4. Зависимость максимальной силы
левитации от радиуса сверхпроводника
Из экспериментов известно, что на силе левитации проявляются
динамические эффекты. На нее влияют скорость перемещения магнита
относительно сверхпроводника, может происходить релаксация –
логарифмический спад или рост силы левитации во времени. Для
моделирования динамических эффектов возникает необходимость
работать с ВАХ образца, а не с критическим током.
Также сила левитации зависит от прочих факторов, которые влияют на
критический ток, в том числе имеет значение зависимость критического
тока от магнитного поля, от температуры, имеет значение величина поля
необратимости.
ISBN 5-7262-0633-9. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2006. Том 4
165
УДК 538.945(06)+ 539.2(06) Сверхпроводимость и физика наноструктур
Список литературы
1. Hull J.R. // Supercond. Sci. Technol. 2000. V.13. P.R1.
2. Ермолаев Ю.С., Руднев И.А. // Письма в ЖТФ. 2005. Т.31. В.24. С.60.
166
ISBN 5-7262-0633-9. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2006. Том 4