Мощный криотрон Советский патент 1990 года по МПК H01L39/20 

Изобретение относится к криогенной электротехнике и может быть использовано в качестве сверхпроводящих ключей преобразователей электрической энергии.

Целью изобретения является повышение быстродействия мощного криотрона, снижение мощности управления и расхода сверхпроводника на изготовление обмотки управления.

На фиг. 1 схематично изображен предлагаемый мощный криотрон, общий

вид; на фиг. 2 - трубка его ключевого элемента; на фиг. 3 и 4 - примеры конкретного выполнения трубок ключевого элемента, позволяющие облегчить изготовление устройства.

Мощный криотрон (фиг. 1) содержит безындуктивный ключевой элемент 1, выполненный из одинаковых тонкостенных трубок 2 (они могут быть любого сечения), параллельных одна другой, концы которых электрически соединены сверхпроводящими перемычками 3, сило

вые выводы 4 ключевого элемента 1, охватывающую его сверхпроводящую обмотку 5 управления, ее выводы 6, подключенные через блок 7 управления к источнику 8 электрической мощности. системы управления. Стенки соседних трубок 2 со встречно направленными электрическими токами прилегают друг к другу через электроизоляцию 9. Ключевой элемент 1 и обмотка 5 помещены в криостат 10 с низкотемпературным хладагентом. Прилегающие друг к другу стенки соседних трубок 2 по высоте обмотки 5 снабжены узкими продольными прорезями 11 заполненными диэлектриком 12. Поперечными разрезами 13 могут быть снабжены каждая вторая по периметру трубки 1 продольная полоса 14, причем при этом они могут быть выполнены из сверхпроводника первого рода (на фиг. 1 и 2 затемнены). Чередующиеся с ними полоски 15 выполнены из сверхпроводника второго рода и при наличии разрезов 13 только полоски 15 являются коммутирующими. На фиг. 3 изображено сечение трубки 2, выполненной из многожильного сверхпроводящего композита, где показаны сверхпроводящие нити 16 и диэлектрическая или нормально проводящая матрица 17 На фиг. 4 изображен элемент сечения трубки 2, выполненный методом напыления, где показаны подложка 18, слой сверхпроводника второго рода, например нитрида ниобия 19, тонкие слои изоля- тора 20, например или SiO, толстые слои (более 1 мкм) сверхпроводника пефвого рода с поперечными разрезами 21, диэлектрическое заполнение 22 прорезей 11.

Устройство работает следующим образом.

Переключение ключевого элемента 1 из сверхпроводящего состояния в нор- мальное (отключение мощного криотрона осуществляется при подключении к выводам 6 обмотки 5 управления, блоком 7 управления источника 8 электрической

мощности системы управления, работающего в режиме источника напряжения,

При этом в трубках 2, индуктивно свя- з анных с обмоткой 5, наводится ЭДС, направленная перпендикулярно продольным прорезям 11, причем ЭДС включается последовательно прорезям 11 и урав новвшивается падениями напряжения на их сопротивлениях. Мощность источника 8, отношение ширины полос 14 и 15

0

5

5 25 35

П

5

30

40

к ширине прорезей 11, материалы полос 14 и 15 подобраны так, что начинается сильная инжекция квазичастиц в сверхпроводник полос 15, не имеющих разрезов 13 и включенных электрически параллельно в силовую цепь, переводящая сверхпроводники по обе стороны полосы 11 на глубину диффузии квазичастиц (на глубину приблизительно 1 мкм) в нормальное состояние. Следующее отключение криотрона осуществляется при подключении к выводам 6 напряжения обратной полярности. При этом ток Б обмотке управления уменьшается от максимального, проходит через нуль и нарастает до максимального значения обратного направления.

Таким образом, в открытом состоянии криотрона сверхпроводящий ключевой элемент находится в управляющем магнитном поле, параллельном транспортному току.

Формула изобретения

1.Мощный криотрон, содержащий безындуктивный сверхпроводящий ключевой элемент, выполненный из одинаковых трубок, параллельных одна другой, концы которых электрически соединены друг с другом и с силовыми выводами ключевого элемента, и систему управления, сверхпроводящая обмотка управления которой охватывает ключевой элемент и расположена соосно с ключевым элементом, а ее выводы подключены к блоку управления, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и снижения мощности управления и расхода сверхпроводника на изготовление обмотки управления, трубки ключевого элемента по высоте обмотки управления разделены на полосы продольными параллельными прорезями, заполненными материалом, отличным по токонесущим свойствам от сверхпроводника ключевого элемента

2.Криотрон по п. 1, отличающийся тем, что каждая вторая продольная полоса трубки выполнена из сверхпроводника первого рода и снабжена поперечными разрезами, следующими вдоль трубки с одинаковым шагом.

3.Криотрон по п. I, отличающийся тем, что, с целью повышения технологичности, трубки клю11

Изобретение относится к области криогенной электротехники и может быть использовано в качестве сверхпроводящих ключей преобразователей электрической энергии. Цель - повышение быстродействия мощного криотрона, снижение мощности управления и расхода сверхпроводника на изготовление обмотки управления. В мощном криотроне трубки безындуктивного сверхпроводящего ключевого элемента по высоте обмотки управления разделены на полосы продольными параллельными прорезями. Прорези заполнены материалом, отличным по токонесущим свойствам от сверхпроводника ключевого элемента. Каждая вторая продольная полоса трубки выполнена из сверхпроводника первого рода и снабжена поперечными разрезами, следующими вдоль трубки с одинаковым шагом. С целью повышения технологичности трубки ключевого элемента выполнены из многожильного сверхпроводникового композита. Трубки могут быть выполнены из трех слоев сверхпроводника, между которыми расположены слои диэлектрика, причем средний слой выполнен из сверхпроводника второго рода, а крайние - из сверхпроводника первого рода, и продольные полосы в них чередуются. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Фаг. 2

год од о о Q оо о о о о got

V

-JEfb OOOOQOOOOQO

Я 2220 фиг. 13

mrzw//mw//z/smҐ&z

Редактор Е. Копча

Составитель А. Ваганов

Техред Л.Сердкжо ва Корректор М. Максимишинец

Заказ 461

Тираж 441

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

W11

Ю

ФиъМ

Подписное