Последние достижения SuperPower
2007, Tом 4, выпуск 5
Тематика: Сегодняшний рекорд
В последнее время компания SuperPower добилась значительных успехов в производстве и улучшении свойств ВТСП материалов. Недавно было объявлено об изготовлении текстурированных подложек для ВТСП проводов второго поколения рекордной длины – 1350 м [1, 2], что позволяет надеяться на начало производства ВТСП проводов второго поколения километровой длины. Критический ток ВТСП проводов SuperPower (при 77 К) достигает 720 А/см для коротких образцов и 295 А/см для лент длиной 100 м, чего вполне достаточно для большинства практических приложений. Улучшение токовых характеристик провода SuperPower за прошедшие 5 лет показано на рис. 1.
Рис. 1. Изменение характеристик 2G провода SuperPower (ноябрь 2001 – апрель 2007).
Сегодня усилия компании направлены, в основном, на увеличение производительности технологических процессов и снижение стоимости проводов. ВТСП провода SuperPower изготавливаются по хорошо уже отработанной технологии IBAD напыления на подложку из сплава hastelloy пяти буферных слоев с последующим MOCVD нанесением ВТСП слоя (см. рис. 2). Несмотря на всю сложность IBAD процесса, удалось добиться разориентации зерен в буферных слоях менее 3%, что обеспечивает малый разброс свойств ВТСП проводника по его длине. Компании SuperPower удалось значительно поднять производительность технологического процесса IBAD/MOCVD до 350 метров ленты в час (в пересчете на ленту шириной 4 мм). Если принять затраты времени на осаждение за 45%, то годовая производительность завода SuperPower составит 1400 км ВТСП ленты 2-го поколения. Представители компании не считают такую производительность предельной и ожидают ее дальнейшего роста за счет оптимизации технологического процесса и ускорения процессов осаждения.
Рис. 2. Структура ВТСП провода SuperPower.
Из 9,7 км ВТСП ленты производства SuperPower компанией Sumitomo Electric Industries был изготовлен 30-ти метровый кусок трёхфазного кабеля [3] (рис. 3), дополнивший ранее установленный в сеть в Олбани ВТСП кабель длиной 350 метров на основе проводов 1-го поколения (о нем достаточно подробно рассказывалось в предыдущих выпусках бюллетеня: т.4, № 1; т.4, № 3). После завершения стендовых испытаний предполагаются эксплуатационные испытания кабеля в энергосистеме в течение приблизительно 6 месяцев, их начало запланировано на ноябрь текущего года. Это будет первый в мировой практике опыт использования 2G ВТСП кабеля в промышленной сети!
Рис. 3. 2G ВТСП-кабель производства Sumitomo для сети г. Олбани.
Ещё одно заметное достижение SuperPower – создание ВТСП магнита с максимальной индукцией 26,8 Тл [4, 5], что на сегодня является абсолютным рекордом для сверхпроводящих магнитов (включая низкотемпературные). Работы над данным проектом велись SuperPower совместно с Национальной лабораторией сильных магнитных полей Университета Флориды (National High Magnetic Field Laboratory, NHMFL).
Для получения рекордного магнитного поля катушка из ВТСП провода 2-го поколения (рис. 4) с холодным отверстием диаметром 20 мм была помещена в электромагнит биттеровского типа (с водяным охлаждением), создающий поле 19 Тл. Испытания прошли в NHMFL в июле 2007 г, была достигнута рекордная магнитная индукция в 26,8 Тл при 4,2 К во внешнем поле в 19 Тл (рис. 5), что на 1,8 Тл превышает предыдущий рекорд, полученный в 2003 г на Bi-2212 ВТСП проводах 1-го поколения. Для низкотемпературных сверхпроводников пре-дельным считается поле в 22-23 Тл.
Рис. 5. Зависимости магнитной индукции от тока для ВТСП катушки во внешнем магнитном поле (синяя линия) и без него (красная линия).
Новый ВТСП магнит открывает путь к созданию сверхпроводящих магнитов с индукцией до 30 Тл, значительно более экономичных, чем современные биттеровские электромагниты.
Компания SuperPower является одним из лидеров на мировом рынке ВТСП-материалов. С июля 2006 года было продано 16,1 км (из них 9,7 для ВТСП кабеля в Олбани) ВТСП проводов 2-го поколения 25-ти организациям по всему миру. Награда R&D 100 Award 2007, полученная SuperPower совместно с Оак-Риджской Национальной Лабораторией (ОРНЛ), является свидетельством их успешной работы по разработке и коммерциализации ВТСП материалов 2-го поколения. Этой наградой ежегодно выделяются 100 наиболее значимых технологических проектов, выведенных на коммерческий уровень. В октябре 2007 г ее получат разработчики ВТСП проводов 2-го поколения Венкат Селваманикам и Ксуминг Ксионг (SuperPower), а также Паранс Парантаман, Толга Аутаг и Амит Гоял (ОРНЛ).
- V. Selvamanickam et al., “Progress in scale up of 2G conductor at SuperPower”, presentation at Superconductivity for Electric Systems 2007 Annual DOE Peer Review, USA, VA, Arlington (2007).
- Superconductor Week, 21, no. 16, 3 (2007).
- C. Weber et al., “Status update for the Albany HTS cable project”, presentation at Supercon-ductivity for Electric Systems 2007 Annual DOE Peer Review, USA, VA, Arlington (2007).
- D.W. Hazelton, “2G HTS high field magnet demonstration”, presentation at Magnet Tech-nology Conference, USA, PA, Philadelphia (2007).
- Superconductor Week, 21, no. 15, 1 (2007).