Выпуски бюллетеня

ТомНомер
13 1
12 1 2 3 4 5 6
11 1 2 3 4 5 6
10 1 2 3 4 5
9 1 2 3 4 5
8 1 2 3 4 5
7 1
6 1 2 3 4
5 1 2 3 4 5 6
4 1 2 3 4 5 6
3 1 2 3 4 5 6
2 1 2 3 4 5
1 1 2
0 0

Тематический указатель

Токонесущие элементы на основе MgB2

2009, Tом 6, выпуск 3
Тематика: Диборид магния MgB2

С 2001 года интерес сверхпроводящего научного сообщества направлен на изучение уже давно известного интерметаллического соединения MgB2, обладающего неожиданно высокой для простого бинарного соединения критической температурой в 39К. Несмотря на то, что критическая температура MgB2 намного ниже, чем у высокотемпературных сверхпроводников, малая анизотропия сверхпроводящих свойств и низкая стоимость делают этот материал привлекательным для производства из него различных проводников и токонесущих элементов. Пригодность MgB2 для использования в сверхпроводящих магнитах уже доказана на практике: итальянская компания ASG Superconductors изготовила катушку для магниторезонансного томографа на основе таких проводов.

В январе 2007 года итальянские ученые из INFN (Генуя) опубликовали сообщение об изготовлении 9-жильного токонесущего элемента на основе MgB2. Изготовленный методом «порошок в трубе» проводник производства компании Hyper Tech Research Inc. диаметром 0,83 мм разрезался на 9 кусков длиной по 2 метра каждый. Полученные отрезки провода скручивались по три с шагом в 5 см, затем три триплета еще раз скручивались друг с другом с тем же шагом, в результате чего был получен токонесущий элемент. Готовый токонесущий элемент в течение 20 минут отжигался при температуре 700°С. Снятые при разных значениях магнитной индукции и температуры вольтамперные характеристики токонесущего элемента не выявили какой-либо деградации критических свойств.

Рис. 1. Полевые зависимости критического тока токонесущего элемента (пустые символы) и суммарного критического тока его отдельных проводников (сплошные символы).

В октябре 2008 года из Электротехнического института АН Словакии поступило сообщение об изготовлении и измерении критических свойств 7-жильного токонесущего элемента на основе MgB2 проводов в медно-титановой матрице, изготовленных по технологии «порошок в трубе» (MgB2 - 15%, Ti - 35%, Cu - 50%). Критическая плотность тока в кабеле при температуре 4,2К составила 10^4 А/см2 в поле 9,5 Тл и 10^5 А/см2 в поле 4,5 Тл. Провода из MgB2 изготавливались путем последовательной прокатки: исходный проводник квадратной формы сечением 0,28ґ0,28 мм (далее обозначен как WS) вытягивается в круглый проводник с выемками (наружный диаметр 0,35 мм, обозначен как WSR), а затем еще раз прокатывается до получения круглого проводника диаметром 0,335 мм (далее обозначен как WR). Сечения проводников и сборка токонесущего элемента на примере проводника WSR изображены на рис. 2. После скрутки и финальной опрессовки токонесущий элемент в течении 30 минут подвергался отжигу в потоке аргона при температуре 850°С.

Обычно из-за высокой пористости MgB2 после отжига плотность жилы составляет только половину от расчетного значения. По мнению авторов, многоступенчатая прокатка проводов до скручивания существенно повышает плотность жилы MgB2, что предотвращает деградацию критических свойств кабеля в процессе скрутки. Однако из-за растрескивания MgB2 жилы в процессе изготовления круглого провода авторам не удалось на нем достичь высокой плотности тока, и образцы токонесущих элементов были изготовлены только из квадратных и полукруглых проводов.

Рис. 2. Сечения токонесущего элемента и одиночных проводников на разных стадиях прокатки.

Рис. 3. Полевые зависимости критической плотности тока токонесущих элементов и одиночных проводников.

Критические токи определялись по вольтамперным характеристикам (критерий 1 мкВ/см) при температуре 4,2К в магнитных полях 2-8,5 Тл как для токо-несущих элементов из разных типов проводов (рис. 3), так и для одиночных проводников. При скрутке проводников в токонесущий элемент не было обнаружено существенной деградации крити-ческих свойств. Результаты данной работы (максимальная плотность тока 16 400 – 18 200 А/см2 в поле 4 Тл) хорошо соотносятся с исследованиями итальянских ученых, экстраполяция результатов которых на аналогичный токонесущий элемент, состоящий из двух триплетов, дает инженерную плотность тока в 16 122 А/см2.

Рис. 4. Поперечное сечение MgB2 проводников в нержавеющей (а) и в ниобий-медно-нержавеющей матрицах (b)

Рис. 5. Поперечные сечения MgB2 токонесущих элементов различной конструкции.

На рис. 5 показаны изготовленные токонесущие элементы: 3-х жильные (С1,С3); 6-ти жильные с центральным медным формером (С2, С4 и С6), а также 18-жильный с медным формером С5, представляющий собой шестижильный С6 на который было дополнительно намотано еще 12 проводников.

По сравнению с предыдущими работами шаг скрутки удалось сократить до 5 мм (при внешнем диаметре токонесущего элемента около 1 мм), что в 3 раза меньше, чем достигнутые ранее результаты. После скрутки проводилась опрессовка токонесущего элемента для улучшения электрического и теплового контактов между его отдельными проводниками и центральным медным формером. Все токонесущие элементы подвергались финальному отжигу в течение часа при температуре 665°С.

Рис. 6. Полевые зависимости критической плотности тока для некоторых токонесущих элементов.

Для коротких образцов одиночных проводников и токонесущих элементов при температуре 4,2К четырехконтактным методом во внешнем магнитном поле с индукцией 2-10 Тл были сняты вольтамперные характеристики (рис. 6). Для большинства токонесущих элементов не наблюдалось существенной деградации критических свойств, и критический ток токонесущего элемента соответствовал сумме критических токов его отдельных проводни-ков. Только токонесущий элемент из 18-ти жил показал заметное падение своей токонесущей способности (до 50%), что можно объяснить высокими продольными механическими напряжениями во внешнем повиве, возникающими в процессе скрутки. Можно сделать вывод, что изготовление много-жильных стабилизированных токонесущих элементов на основе MgB2 диаметром около 1 мм и шагом скрутки 5 мм возможно без заметной деградации критических свойств проводников. Создание сложных многослойных токонесущих элементов из МgB2 проводников в дальнейшем потребует совершенствования технологии каблирования. Использование легирующих добавок в MgB2 проводниках оказалось весьма полезным, особенно в высоких магнитных полях.

Д.И. Шутова

  1. R. Musenich et al., Supercond. Sci. Technol., 20, 235 (2007).
  2. P. Kovac et al., Supercond. Sci. Technol., 21, 125003 (2008).
  3. T. Holubek et al., Supercond. Sci. Technol., 22, 055011 (2009).
Главная | Новости | Бюллетень | Конференции | Поиск публикаций в базе данных | Новое в базе данных
Российские организации | Энциклопедия | Цели сайта | Контакты | Полезные ссылки | Карта сайта | Помощь

© Copyright 2006-2012. Использование материалов сайта возможно только с обязательной ссылкой на сайт.
Свои замечания и пожелания вы можете направлять по адресу perst@isssph.kiae.ru
Техническая поддержка Alexey, дизайн Teodor.