Обзор
Акустические методы детектирования перехода в нормальное состояние в ВТСП проводниках
Д. А. Александров
НИЯУ МИФИ, Каширское ш., 31, 115409, Москва, Россия
e-mail: dimax.2001@mail.ru
И. В. Мартиросян
НИЯУ МИФИ, Каширское ш., 31, 115409, Москва, Россия
С. В. Покровский
НИЯУ МИФИ, Каширское ш., 31, 115409, Москва, Россия
УДК 538.945
Аннотация
В настоящей обзорной статье рассмотрены современные методы детектирования перехода в нормальное состояние (далее переход) в высокотемпературных сверхпроводниках (ВТСП) и магнитных системах на их основе. Обсуждаются особенности развития перехода в ВТСП, связанные с низкой скоростью распространения нормальной зоны, сложной многослойной архитектурой проводников и возможностью перераспределения тока между отдельными лентами. Эти особенности существенно затрудняют раннее обнаружение перехода из сверхпроводящего в нормальное состояние традиционными методами, основанными на измерении напряжения и температуры. Кратко упомянуты альтернативные подходы к детектированию перехода, включая оптоволоконные, магнитные и ёмкостные методы. Основной акцент обзора сделан на акустических методах детектирования перехода, которые в последние годы демонстрируют высокий потенциал благодаря неинвазивности, устойчивости к электромагнитным помехам и способности регистрировать ранние стадии локального нагрева, связанные с термомеханическими процессами в проводнике. Подробно анализируются принципы пассивной акустической эмиссии и активной акустической термометрии, включая методы на основе многократно рассеянных упругих волн (coda waves), а также результаты экспериментальных исследований на отдельных ВТСП лентах и кабелях. Обсуждаются достигнутые значения температурной чувствительности и пространственного разрешения, а также перспективы внедрения акустических методов в эксплуатационные ВТСП магнитные системы.
Ключевые слова: ВТСП; переход в нормальное состояние; CORC®; ROEBEL; РНЗ; VIPER.
Литература
[1] Z.Y. Li, Z.C. Pan, Q.J. Zhang, K.P. Zhu, C. Zhang, Z.W. Zhang, G. Dong, Y.M. Ye, Z. Yang, Superconductivity 12, 100137 (2024). DOI: 10.1016/j.supcon.2024.100137
[2] M. Windridge, Philosophical Transactions of the Royal Society A 377, 20170438 (2019). DOI: 10.1098/rsta.2017.0438
[3] L. Rossi, C. Senatore, Instruments 5, 8 (2021). DOI: 10.3390/instruments5010008
[4] H. Piekarz, S. Hays, J. Blowers, B. Claypool, V. Shiltsev, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment 943, 162490 (2019). DOI: 10.1016/j.nima.2019.162490
[5] D. Park, J. Bascuñán , Y. Li , W. Lee , Y. Choi, Y. Iwasa, IEEE Transactions on Applied Superconductivity 31, 4300206 (2021). DOI: 10.1109/TASC.2021.3064006
[6] Y. Yanagisawa, M. Hamada, K. Hashi, H. Maeda, Superconductor Science and Technology 35, 044006 (2022). DOI: 10.1088/1361-6668/ac5644
[7] Y. Öztürk, B. Shen, R. Williams, J. Gawith, J. Yang, J. Ma, A. Carpenter, T. Coombs, IEEE Transactions on Applied Superconductivity 31, 4400405 (2021). DOI: 10.1109/TASC.2021.3068305
[8] H. Park, G. Kim, K. Choi, J. Park, J. Kim, S. Choi, et al., IEEE Transactions on Applied Superconductivity 34, 4402705 (2024). DOI: 10.1109/TASC.2024.3365084
[9] J. Zheng, J. Zheng, Y. Cheng, M. Li, H. Khodzhibagiyan, Sh. Dai, M. Novikov, et al., IEEE Transactions on Applied Superconductivity 34, 4606405 (2024). DOI: 10.1109/TASC.2024.3446286
[10] A.H.K. Asadi, et al. Optimal Design of High Density HTS-SMES Step-Shaped Cross- Sectional Solenoid to mechanical stress reduction // International Conference on Protection and Automation of Power Systems (IPAPS), vol. 16, pp. 1-6, 2022.
[11] T. Mato and S. Noguchi, IEEE Transactions on Applied Superconductivity 32, 3700105 (2022). DOI: 10.1109/TASC.2021.3135796
[12] J.v. Nugteren, J. Murtomäki, J. Ruuskanen, G. Kirby, P. Hagen, G.d. Rijk, et al., IEEE Transactions on Applied Superconductivity 29, 4700108 (2019). DOI: 10.1109/TASC.2018.2848229
[13] M. Marchevsky, Instruments 5, 27 (2021). DOI: 10.3390/instruments5030027
[14] H. Maeda, Y. Yanagisawa, IEEE Transactions on Applied Superconductivity 24, 4602412 (2014). DOI: 10.1109/TASC.2013.2287707
[15] H. Lu , Y. Hu, Y. Xiao, X. Li, L. Zheng, Q. Yan, et al., IEEE Transactions on Applied Superconductivity 33, 9000907 (2023). DOI: 10.1109/TASC.2023.3317182
[16] J.R. Hull, M. Wilson, L. Bottura, L. Rossi, Applied Superconductivity : Handbook on Devices and Applications // Superconducting Magnets, 2015.
[17] H. Song, M.W. Davidson, J. Schwartz, Superconductor Science and Technology 22, 062001 (2009). DOI: 10.1088/0953-2048/22/6/062001
[18] F. Trillaud, G. dos Santos, G. Gonçalves Sotelo, Materials 14, 1892 (2021). DOI: 10.3390/ma14081892
[19] T. Lécrevisse, X. Chaud, P. Fazilleau, C. Genot, J.-B. Song, Superconductor Science and Technology 35, 074004 (2022). DOI: 10.1088/1361-6668/ac49a5
[20] B. Caiffi, L. Alfonso, A. Bersani, L. Bottura, S. Farinon, A. Gagno, et al., IEEE Transactions on Applied Superconductivity 35, 4002007 (2025). DOI: 10.1109/TASC.2025.3529424
[21] E.E. Salazar, R. A. Badcock, M. Bajko, B. Castaldo, M. Davies, J. Estrada, V. Fry, J.T. Gonzales, Ph.C Michael, M. Segal, Superconductor Science and Technology 34, 035027 (2021). DOI: 10.1088/1361-6668/abdba8
[22] J. Jiang, J. Jiang, Y. Zhao, Z. Hong, J. Zhang, Z. Li, D. Hu, et al., IEEE Transactions on Applied Superconductivity 28, 4702105 (2018). DOI: 10.1109/TASC.2018.2802487
[23] F. Scurti, S. Ishmael, G. Flanagan, J. Schwartz, Superconductor Science and Technology 29, 03LT01 (2016). DOI: 10.1088/0953-2048/29/3/03LT01
[24] R. Teyber, M. Marchevsky, S. Prestemon, J. Weiss, D. van der Laan, Superconductor Science and Technology 33, 095009 (2020). DOI: 10.1088/1361-6668/ab9ef3
[25] M. Marchevsky, E. Hershkovitz, X. Wang, S.A. Gourlay, S. Prestemon, et al., IEEE Transactions on Applied Superconductivity 28, 4703105 (2018). DOI: 10.1109/TASC.2018.2817218
[26] E. Ravaioli, D. Davis, M. Marchevsky, G.L. Sabbi, T. Shen, A. Verweij, K. Zhang, Physica Scripta 95, 015002 (2020). DOI: 10.1088/1402-4896/ab4570
[27] M. Marchevsky, S.A. Gourlay, Applied Physics Letters 110, 012601 (2017). DOI: 10.1063/1.4973466
[28] O.O. Ige, A.D. McInturff, Y. Iwasa, Cryogenics 26, 131 (1986). DOI: 10.1016/0011-2275(86)90212-2
[29] O. Tsukamoto, M.W. Sinclair, M.F. Steinhoff, Y. Iwasa, Applied Physics Letters 38, 718 (1981). DOI: 10.1063/1.92491
[30] M. Marchevsky, G. Sabbi, H. Bajas, S. Gourlay, Cryogenics 69, 50 (2015). DOI: 10.1016/j.cryogenics.2015.03.005
[31] O. Tsukamoto, J.F. Maguire, E.S. Bobrov, Y. Iwasa, Applied Physics Letters 39, 172 (1981). DOI: 10.1063/1.92652
[32] M. Marchevsky, S. Prestemon, O. Lobkis, R. Roth, D.C. van der Laan, J.D. Weiss, et al., IEEE Transactions on Applied Superconductivity 32, 4701705 (2022). DOI: 10.1109/TASC.2022.3164035
[33] G.S. Lee, M. Marchevsky, S. Prestemon, IEEE Transactions on Applied Superconductivity 33, 9000505 (2023). DOI: 10.1109/TASC.2023.3245560
[34] J. Krautkrämer, H. Krautkrämer, Ultrasonic testing of materials. Springer Science & Business Media, 2013. DOI: 10.1007/978-3-662-02296-2
[35] H.M. Ledbetter, Cryogenics 22, 653 (1982). DOI: 10.1016/0011-2275(82)90072-8
[36] M. Marchevsky, Y.Y. Xie, V. Selvamanickam, Superconductor Science and Technology 23, 034016 (2010). DOI: 10.1088/0953-2048/23/3/034016
[37] G.S. Lee, M. Marchevsky, C. Sanabria, S. Prestemon, IEEE Sensors Journal 22, 21846 (2022). DOI: 10.1109/JSEN.2022.3209143
[38] P. Moore, B. Isaacson, J. D’Alessandro, F. Alquaddoomi, Z. Zhao, O. Doolittle, et al., IEEE Transactions on Applied Superconductivity 33, 4702206 (2023). DOI: 10.1109/TASC.2023.3251941