Экранирующие свойства керамических сверхпроводников на основе иттрия

А.Г. Высочкина, студент гр. НТ-071, И.М. Шушлебин

Кафедра физики твердого тела

Керамические сверхпроводники 2-го рода обладают набором нижних критических полей [1]. Принимая во внимание результаты работы [2], речь идет о динамических критических полях, поле зарождения вихрей Джозефсона, заполнения слабых связей, первом критическом поле гранул (зарождения вихрей Абрикосова) и поле перегрева.

В этой связи способность керамических сверхпроводников ослаблять внешнее магнитное поле, проявлять экранирующие свойства оказывается зависящей от его реальной макроструктуры, конфигурации гранул, формы сверхпроводника в целом [3].

И сследования в магнитных полях выполнялись индуктивным методом как в работах [1,3]. В ходе экспериментов измерялась величина амплитуды ЭДС индукции в катушке U₀(B), наводимая при воздействии на сверхпроводник переменного поля B(t)=Bsinωt частотой 200 Гц. Величина магнитного потока Ф определялась с помощью электронного микровеберметра при импульсном включении постоянного магнитного поля возрастающей величины. Измерения проводились при Т=78 К.

Исследование Y-Ba-Cu-O в переменных полях (амплитудой более 10^-4 Т) во всех исследованных сверхпроводниках на основе иттрия обнаружило следующую картину – см. рис. Первое заметное изменение отклика на переменное поле наблюдается в полях B(t) с амплитудой, превышающей 10^-4 Т (вставка). Здесь начинается проникновение поля в слабые связи – межгранульное пространство ВТСП. С дальнейшим ростом амплитуды прикладываемого к сверхпроводнику переменного поля (кривая 1) также отмечается особенность отклика. Здесь изменение напряжения коррелирует с особенностью на зависимости F(B_e), связываемой с достижением первого критического поля гранул B_c1. Значение поля B_c1 показано стрелкой.

Обратим внимание, что, несмотря на существование других форм квантов магнитного потока, зарождению вихрей Абрикосова предшествует участок, на котором изменение величин с ростом внешнего поля практически линейно. Следовательно, экранирующие свойства керамических сверхпроводников в значительной степени определяются процессами вблизи первого критического поля гранул.

Принимая во внимание представления, как о внешнем, так и внутреннем размагничивании [4], представляется целесообразным установить возможное влияние изменения геометрической формы.

Литература

1. И. М. Шушлебин // Изв. РАН (сер. физ.). 1993. Т.57. С. 178.

2. В. Е. Милошенко, И. М. Шушлебин, О. В. Калядин // ФТТ. 2006. Т.48. С. 427.

3. И. М. Шушлебин, О.В. Калядин // Вестник ВГТУ. 2007. Т.3. С. 78.

4. И. М. Шушлебин, В. Е. Милошенко // СФХТ. 1992. Т.5. С. 299.

УДК 538.945

Разработка транспортного термоэлектрического холодильного агрегата для перевозки медикаментов с рабочим объемом 70 дм3

Л.М. Гализина, студент гр. НТ-071, О.В. Калядин

Кафедра физики твердого тела

Развитие современной техники неразрывно связано с использованием методов искусственного охлаждения. В течении многих лет наиболее эффективно искусственный холод производили фреоновые холодильные машины, однако в последнее время появились качественно новые требования, которые не могут быть удовлетворены такими устройствами. Определяющим в выборе холодильника становятся габаритные и весовые характеристики, энергопотребление, возможность надежной работы под воздействием статических и динамических перегрузок, большой срок службы. Кроме того, разработке новых, эффективных охлаждающих устройств способствует постепенное сокращение с последующим прекращением производства хлорофтороуглеродов и гидрохлорофтороуглеродов, являющихся основными рабочими веществами для парокомпрессионных машин. В связи с этим, большой интерес представляет техника термоэлектрического охлаждения, которая не только обладает рядом преимуществ перед обычными термомеханическими системами, но и не использует указанные рабочие тела, которые разрушают озоновый слой. В основу работы термоэлектрических устройств положен эффект Пельтье, заключающийся в том, что при прохождении постоянного электрического тока через цепь, состоящую из двух разнородных проводников, один из спаев охлаждается, а другой – нагревается.

Выбор термоэлектрического способа охлаждения контейнера для транспортировки медикаментов обусловлен рядом причин. В первую очередь это отсутствие рабочего вещества, испарение паров которого может вызвать необратимые изменения свойств лекарственных средств и непригодность к использованию. Также не маловажное значение имеют размеры теплообменного блока, поскольку данный контейнер предназначен для установки в малогабаритном автомобильном транспорте. Сравнительные данные по хладоновым установкам показывают, что при одинаковой холодопроизводительности масса термоэлектрической холодильной машины в 1,7 ÷ 1,8 раза меньше. Отсутствие хрупких элементов, полостей, находящихся под давлением обуславливает механическую прочность конструкции, позволяющую использовать ее в различных условиях, связанных не только с изменением положения в пространстве, но и с механической тряской, вибрацией, ударами.

В рамках выполнения дипломного проекта разрабатывается термоэлектрический холодильный агрегат с полезным объемом рабочей камеры 70 дм³. В качестве тепловой изоляции используется пенопласт полистирольный ПСБ-С, толщиной 80 мм. Расчетная тепловая нагрузка на оборудование камеры составляет 130 Вт. Для обеспечения требуемой холодопроизводительности спроектированы термоэлектрические батареи, включающие в себя 4 модуля промышленного применения типа ТВ-49-3-0,8 с габаритными размерами 30×30 мм и общей высотой 3,2 мм. Коммутирующие пластины модулей изготовлены из керамики Al₂O₃, а ветви p и n – типа из сплавов на основе теллурида висмута Bi₂Te₃. Каждый такой модуль содержит 49 термоэлементов. Потребляемая мощность термобатареи – 255 Вт. Холодильный коэффициент – 0,51.

Передача теплоты на спаях организована с использованием системы гофрированных теплопереходов, радиаторов с принудительной циркуляцией воздуха и воздуховодов, что обеспечивает необходимую интенсивность теплообмена, малую площадь теплопередающей поверхности, а также формирует равномерное температурное поле по всему объему камеры.

Литература

1. Термоэлектрические охлаждающие приборы / Коленко Е.А. -Л.: Наука, 1967. 280 с.

2. Термоэлектрические холодильники и генераторы / Зорин И.В., Зорина З.Я.. Л.: Энергия, 1973. 136 с.

УДК 537.621: 620.22 – 419.8