CC BY
0ПРИМЕНЕНИЕ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ NB3SN СВЕРХПРОВОДНИКОВ, ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ «ПОРОШОК В ТРУБЕ»
Соболева Т.Ю.1, Коновалова Н.В.1, Цаплева А.С.1, Абдюханов И.М.1,
Дергунова Е.А.1
1 АО "Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов имени академика А.А. Бочвара, Москва, Россия
Низкотемпературные сверхпроводники (НТСП) играют ключевую роль в разработке магнитных систем с сильным полем. Создание сверхпроводящих проводов имеет большое значение и является неотъемлемой частью практически во всех областях применения магнитов с сильным полем, таких как ядерный магнитный резонанс (ЯМР), медицинские системы магнитно-резонансной томографии (МРТ) и сверхпроводящие магниты в установках физики высоких энергий [1].
Для реализации масштабных проектов, как например Будущий Кольцевой Коллайдер (FCC - Future Circular Collider), требуются целевое значение плотности критического тока (Jc) составляет 1500 А/мм2 (в магнитном поле 16 Т при температуре 4,2К). Характеристики промышленно выпускаемых Nb3Sn сверхпроводников, изготавливаемых по методу RRP не выходят на требуемый уровень (~1300 А/мм2 в 16Тл при 4,2К). Требуемая плотность критического тока уже достигнута на экспериментальных сверхпроводниках с использованием внутреннего окисления, получаемых по методу порошок в трубе компаниями из США и Европы [2].
Для создания сверхпроводящих композиционных проводов на основе Nb3Sn используют сплавы Nb-Ta-X, легированные элементами ГУгруппы такими как Zr или Hf имеющие большое сродство к кислороду и способные создавать соединения XO2, а также SnÜ2, как источник кислорода, для достижения высокой токонесущей способности в сверхпроводниках за счет роста числа центров пиннинга на микрочастицах оксидов циркония или гафния, образующихся в процессе реакционной термообработки [3].
В АО ВНИИНМ разработаны и изготовлены экспериментальные образцы одноволоконных и многоволоконных сверхпроводников, полученные методами ВИП и ПИТ, в которых в качестве оболочки используется сплавы на основе Nb-Ta-X с разными легирующими элементами. Проведены исследования особенностей структуры образующихся сверхпроводящих Nb3Sn слоев после различных режимов диффузионного отжига, где вторая высокотемпературная ступень варьировалась по температуре от 640 до 720 °С и продолжительности. Определено влияние температуры второй ступени РТО на рост толщины Nb3Sn слоя в образцах проводников. Анализ результатов исследований структуры и сверхпроводящих слоев в модельных одноволоконных проводниках разного состава после РТО показал, что наиболее толстые слои Nb3Sn образовались в проводнике с волокнами, легированными танталом и гафнием.
Проведены исследования электрофизических характеристик одноволоконных и многоволоконных проводников. Анализ результатов электрофизических характеристик стрендов после РТО показал, что наиболее высокими значениями Тс обладают проводники, с волокнами, дополнительно легированными цирконием, а также цирконием и гафнием, а наиболее высокой токонесущей способностью в магнитном поле 12 Тл обладает проводник, легированный гафнием.
Список использованной литературы
1. Xu X., Peng X., Wan F., Rochester J., Bradford G., Jaroszynski J., Sumption M., APC Nb3Sn superconductors based on internal oxidation of Nb-Ta-Hf alloys // Supercond. Sci. Technol. 2023. № 36. P. 035012.
2. Xu X., Peng X., Rochester J., Lee J. Y., Sumption M.D. The strong influence of Ti, Zr, Hf solutes and their oxidation on microstructure and performance of Nb3Sn superconductors // J.Alloys Compounds. 2021. V. 857. P. 158270.
3. Ch.Tarantini, F. Kametani, Sh. Balachandran, S.M. Heald, L. Wheatley, Ch.R.M. Grovenor, M.P. Moody, Yi-Feng Su, P.J. Lee, D.C. Larbalestier. Origin of the enhanced Nb3Sn performance by combined Hf and Ta doping. - Scientifc Reports. - 2021. - 11:17845. https://doi.org/10.1038/s41598-021-97353-w.
