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 силы левитации от критического тока сверхпроводника
 

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).


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.

Список литературы

1. Hull J. R. // Supercond. Sci. Technol. 2000. V.13. P. R1.

2. , // Письма в ЖТФ. 2005. Т.31. В.24. С.60.