Российский научный центр «Курчатовский институт»
2004, Tом 1, выпуск 2
Тематика: Научные центры России
Руководство РНЦ «Курчатовский институт»
Велихов Евгений Павлович
академик РАН, президент
Пономарев-Степной Николай Николаевич
академик РАН, вицепрезидент
Поляков Илья Николаевич - директор
Ведущие специалисты ИСФТТ РНЦ
«Курчатовский институт»
Знаменский Николай Владимирович
д.ф.-м.н., директор
Черноплеков Николай Алексеевич
чл.-корр. РАН, научный руководитель
тел. (095) 196-9223, факс 196-5973
e-mail: chernopl@isssph.kiae.ru
Круглов Виталий Сергеевич
к.т.н., заместитель директора
(095) 196-7717, kruglov@isssph.kiae.ru
Кейлин Виктор Ефимович
д.т.н., профессор, заместитель директора
(095) 196-9911, kev@isssph.kiae.ru
Клименко Евгений Юрьевич
д.ф-м.н., профессор, начальник лаборатории
(095) 196-9631, klimenko@isssph.kiae.ru
Красноперов Евгений Павлович
д.ф-м.н., начальник лаборатории
(095) 196-7109, kep@isssph.kiae.ru
Сурин Михаил Израелевич
к.т.н., начальник лаборатории
(095) 196-9735, sur@isssph.kiae.ru
РНЦ “Курчатовский институт” (ранее - Институт атомной энергии им. И.В.Курчатова) был создан в 1943 году для решения научных проблем советского атомного проекта. В настоящее время он является одним из крупнейших научных центров России как по численности, так и по широте научных интересов и экспериментальных возможностей не только в атомной науке и технике, но и в различных областях физики. В РНЦ “Курчатовский институт” входит 13 спе-циализированных институтов и 4 научно-технических комплекса.
Работы по прикладной сверхпроводимости ведутся в
РНЦ “Курчатовский институт” с 1961 года в тесной кооперации с другими отечественными организациями, прежде всего с ВНИИНМ им. А.А.Бочвара и НИИЭФА им. Д.В.Ефремова. Основное (но не единственное) направление работ - решение научно-технических проблем, связанных с созданием сверхпроводящих магнитов различного назначения. Из результатов этих работ в качестве примера можно указать на первый в мире токамак Т-7 со сверхпроводящей обмоткой основного тороидального поля (конец 70-х гг.) и крупнейший в мире токамак Т-15 с тороидальными обмотками на основе ниобий-оловянных проводов (конец 80-х годов). За работы по прикладной сверхпроводимости сотрудникам института дважды присуждались Государственные премии СССР.
Работы по прикладной сверхпроводимости возглавляет член-корр. РАН Николай Алексеевич Черноплеков, научный руководитель Института сверхпроводимости и физики твердого тела (ИСФТТ).
Кроме ИСФТТ, где сосредоточен основной объем ра-бот по прикладной сверхпроводимости, работы по этой тематике проводятся также в Институте ядерного синтеза (ИЯС, директор, академик РАН В.П.Смирнов), главным образом, в связи с установкой токамак Т-15 и широким спектром криогенных проблем, а также в Институте молекулярной физики (ИМФ, директор, член-корр. РАН В.Ю.Баранов ), где ведутся работы по изучению магнитных полей мозга человека с использованием сквид-магнитометров.
Исследовательское оборудование
РНЦ “Курчатовский институт” располагает широкими возможностями для проведения исследований и разработок по прикладной сверхпроводимости. В институте имеется следующее уникальное технологическое и диагностическое оборудование:
· установки большой производительности для получения жидких гелия и азота (ИЯС, ИСФТТ);
· магниты для генерации стационарных магнитных полей (ИСФТТ):
- водоохлаждаемые - до 19Тл в отверстии диаметром 32мм;
- сверхпроводящие - до 16Тл в отверстии диаметром 40-45мм;
- сверхпроводящие магниты с поперечным полем до 11Тл (ИСФТТ);
- сверхпроводящие магниты в стандартной конфигурации УИС-1 (в экономичном криостате с отстыковывающимися токовводами) с индукцией до 13Тл в отверстии 40-45мм (ИСФТТ);
· гибридный (сверхпроводящий + водоохлаждаемый) магнит КС-250 с индукцией до 25Тл. В настоящее время идет его модернизация с целью повышения индукции до 30Тл (ИСФТТ);
· стабилизированные источники питания для магнитов, в том числе мощный тиристорный выпря-митель (до 20кА и 300В) для питания водоохлаждаемых магнитов (ИСФТТ);
· системы защиты сверхпроводящих магнитов при их переходе в нормальное состояние (ИСФТТ и ИЯС);
· стенды для испытания и исследования сверхпроводящих магнитов, оснащенные криостата-ми, токовводами до 10кА, а также современной диагностикой (ИСФТТ);
· стенды для проведения испытаний сверхпроводящих магнитов с характерным размером до 4,5м (ИСФТТ);
· оборудование для изготовления сверхпроводящих магнитов - намоточные и изолировочные станки и печи для термообработки и компаундирования (ИСФТТ);
· оборудование для исследования и паспортизации электрофизических свойств сверхпроводни-ков в широком интервале температур, магнитных полей и транспортных токов (комплекс “Аттестат”); оборудование для измерения механических свойств сверхпроводников при низких температурах и в магнитных полях, потерь в сверхпроводниках в переменных магнитных полях, а также высокочувствительные магнито-метры для измерения магнитной восприимчивости (ИСФТТ);
· комплекс современных программ для расчета и проектирования сверхпроводящих магнитов (ИСФТТ).
В ИСФТТ ведутся работы по исследованию электродинамики реальных сверхпроводящих материалов, улучшению характеристик НТСП и ВТСП магнитов, совершенствованию вспомогательных систем (криогенное оборудование), разработке токовводов, токоограничителей, макетов линий электропередач, в т.ч. на основе ВТСП, а также разрабатываются и изготавливаются сверхпроводящие магниты различного назначения.
В настоящее время активность Курчатовского института в области сверхпроводимости можно условно разделить на:
1) участие в конструировании, изготовлении и испытании сверхпроводящих устройств (в основном, по зарубежным заказам);
2) исследования и разработки по использованию сверхпроводников (как НТСП, так и ВТСП) в электроэнергетике и специальной технике;
3) исследования и разработки по криогенной технике широкого диапазона температур.
Международное сотрудничество
В середине 90-х годов Курчатовский институт разработал, изготовил и поставил сверхпроводящий индуктивный накопитель электроэнергии (СПИН, в английской транскрипции – SMES) для Республики Кореи. Накопитель был укомплектован DC-AC-DC преобразователем, что позволяло обмениваться энергией между двумя 0,5 МДж катушками за 2 с. Скорость передачи энергии соответствовала 2 Tл/с.
С 1995 года функционирует в Калифорнийском университете в непрерывном режиме другое устройство, разработанное и изготовленное в Курчатовском институте - 4 Тл сверхпроводящий магнит с теплым (комнатнотемпературным) объемом диаметром 250 мм. Магнит используется для проведения исследова-ний по плазме (рис.2).
Рис. 2. Курчатовский сверхпроводящий магнит в Калифорнийском университете в Беркли
В конце 90-х годов курчатовцы разработали, поставили и установили 6 Тл сверхпроводящий вигглер на Китайском источнике синхротронного излучения (рис. 3).
Рис. 3. Сверхпроводящий 6 Тл магнит для вигглера
Однако, основная часть международного сотрудничества курчатовцев все же связана с тремя сверхпроводящими токамаками (установками термоядерного синтеза, использующими принцип магнитного удержания плазмы), которые в настоящее время разрабатываются и конструируются в странах Азии – Индии (SST-1), Китае (HT-7U) и Республике Корея (KSTAR). Во всех этих конструкциях кабель с внутренним каналом для охлаждения используется не только для тороидальной обмотки, но также и для полоидальной, а также в одной из конструкций (KSTAR) и для центрального соленоида. Например, построена и проходит испытания модельная катушка для SST-1, в которой этот кабель используется и для тороидальной, и для полоидальной обмоток (рис. 4).
Рис. 4. Модельная катушка для индийского токамака SST
Интерес представляет также проект производства стабильных изотопов (MCIRI) методом ионного циклотронного резонанса (ICR). Устройство сейчас разрабатывается в Курчатовском центре (Институт молекулярной физики) – стабильные изотопы используются в медицине (Tl-203, Pd-102), физических исследованиях (Nd-150) и ядерных реакторах (Gd-157). ИСФТТ РНЦ участвует в этом проекте, проектируя большой с однородным полем сверхпроводящий магнит (3-4 Tл, при теплом объеме диаметром 1 м и длиной 7 м). Этот магнит уникальной конструкции показан на рис. 5.
Рис. 5. Магнит для установки по производству стабильных изотопов.
Исследования и разработки по применению сверхпроводников
Естественно, что после открытия ВТСП курчатовская группа в тесном контакте с ВНИИНМ приступила к исследованиям и разработкам ВТСП приборов и устройств для всевозможных применений.
Конечно, плотность критического тока в ВТСП проводниках при температуре жидкого азота на сегодняшний день почти на порядок величины ниже, чем у NbTi и Nb3Sn. Несмотря на это в ряде устройств сегодняшние ВТСП проводники достаточно эффективны. К таким применениям можно отнести детально исследованные в ИСФТТ ВТСП токовводы для сверхпроводящих магнитов и электрические устройства, используемые для намагничивания железных магнитопроводов.
В ИСФТТ разработана, изготовлена и испытана небольшая ВТСП модель (см. рис. 6) ограничителя аварийных тооков с насыщенным магнитопроводом, которая подтвердила реализуемость разработанного в институте подхода.
Рис. 6. Модель ВТСП ограничителя тока
В планах ИСФТТ – построить и испытать (в сотрудничестве с ВНИИНМ и ВНИИКП) модель ВТСП
линии электропередач.
ВТСП исследования и разработки в ИСФТТ финансируются Министерством науки и образования РФ и Агентством по атомной энергии (в ограниченном объеме).