Российские сверхпроводящие материалы для магнитных систем термоядерных реакторов, страница 2

Значения отношения Cu/не Cu находились в интервале 1.4-1.6. Показано, что все характеристики находятся на требуемом уровне. Значения параметра RRR для 810 кг Nb₃Sn находились в интервале от 92 до 150 (рис. 3).

Рис.3- Распределение значений RRR для ИТЭР сверхпроводника

Длины единичных кусков превышают требуемый уровень 1150 м. Анализ величины параметра “n” показал соответствие этого показателя спецификации ИТЭР: он находился на уровне > 20. Совершенствование производства позволило повысить его значение до 30 и выше.

СВЕРХПРОВОДНИКИ НА ОСНОВЕ Nb₃Sn, ПОЛУЧАЕМЫЕ ПО МЕТОДУ “ВНУТРЕННЕГО ИСТОЧНИКА ОЛОВА”

Разработка и исследование сверхпроводников на основе соединения Nb₃Sn с внутренним источником олова, предназначенных для обмотки магнитной системы международного термоядерного экспериментального реактора ИТЭР, позволили в значительной степени систематизировать основные принципы создания конструкций проводов этого типа. В перспективе это дает возможность разработчикам и производителям сверхпроводящих материалов, посредством оптимизации конструкций, значительно улучшить характеристики сверхпроводников и повысить экономическую эффективность производства Nb₃Sn проводов с внутренним источником олова для крупномасштабных магнитных систем. В данном разделе мы представляем последние достижения в области создания Nb₃Sn сверхпроводников с повышенной токонесущей способностью, получаемых по методу внутреннего источника олова.

Был разработан и изготовлен экспериментальный сверхпроводящий композиционный проводник S-12 (см. рис. 4).

Рис.4- Поперечное сечение сверхпроводника с внутренним источником олова S-12

(а)- до термообработки

(в)-после термообработки

Параметры конструкции этого провода представлены в таблице 1.

Таблица 1. Параметры и характеристики Nb₃Sn сверхпроводника S-12

В качестве прототипа конструкции провода S-12 использован композит Sn-P [7, 8]. В сверхпроводнике S-12 семь многоволоконных модулей с периферийным источником олова размещены в танталовом диффузионном барьере с внешней стабилизирующей медью. Волокна сверхпроводящего провода S-12 содержали 2 ат. % титана, введенного в них усовершенст-вованным методом “искусственного легирования” [9]. Термическая обработка провода S-12 с целью формирования соединения Nb₃Sn проводилась в вакууме по многоступенчатому режиму. Поперечное сечение провода S-12 после окончательной термической обработки представлено на рис. 5. Измерения токонесущей способности данного сверхпроводника были проведены в магнитных полях 10–12 Тл по четырехточечной методике. Результаты измерений представлены в таблице 1. Значение верхнего критического поля B_c2 оценивалось по функции Крамера.

Рис.5- Перспективные конструкции Nb-Ti сверхпроводников

В результате различных улучшений, реализованных в конструкции сверхпроводника S-12, по сравнению с проводом Sn-P, была получена высокая плотность критического тока 2070 А/мм² на сечение провода без стабилизирующей меди в магнитном поле 12 Тл при уровне гистерезисных потерь, не превышающих 700 мДж/см³. Повышение токонесущей способности объясняется формированием особо мелкозернистой структуры слоев соединения Nb₃Sn в сверхпроводнике S-12 с размером зерен порядка 50–60 нм.

СВЕРХПРОВОДНИКИ НА ОСНОВЕ СПЛАВА NbTi

В обмотках полоидального поля магнитной системы ИТЭР предполагается использовать "кабели в кондуите" крупного сечения, выполненные с применением NbTi сверхпроводников. Они выполняются из многостадийно ствистированных сверхпроводящих стрендов, помещённых в кондуит из нержавеющей стали. Сверхпроводники, работающие в быстроменяющемся поле, должны обладать уникальным сочетанием высокой критической плотности тока (3000 А/мм² в поле 5 Тл, высокого показателя "n" (не менее 40 в поле 5 Тл), высокого отношения остаточных сопротивлений матрицы (более 100) и низких энергетических потерь с постоянной временем на уровне 7 мс. Во ВНИИНМ проводятся научно-исследовательские работы по разработке конструкций и технологии изготовления сверхпроводников на основе NbTi сплавов [7]. Из высокочистых гомогенных NbTi сплавов, полученных во ВНИИНМ, с применением режимов выдавливания при низких температурах и скорости, изготовлены образцы проводов с диаметром волочения ? 10 мкм с критической плотностью тока J_c 3000 А/мм² в поле 5 Тл и показателем "n" > 40, а на образцах проводов из NbTiTa сплавов получена критическая плотность тока 1700 А/мм² в поле 10 Тл при 2,2 К.