Опытная экспериментальная линия по выпуску высокотемпературных сверхпроводников второго поколения запущена чуть больше месяца назад в НИЦ “Курчатовский институт” в рамках программы “Сверхпроводниковая индустрия”, которую инициировал руководитель центра Михаил Ковальчук. Эта программа, разработанная и утвержденная в рамках Комиссии Президента РФ по модернизации и экономическому развитию страны, призвана решить важнейшие задачи: разработку технологии получения высокотемпературных сверхпроводников и создание опытного производства этих материалов, а также опытных производств высокоэффективных электроэнергетических устройств на их основе.
В программе участвуют многие российские научные институты, занимающиеся исследованиями в области сверхпроводимости, ключевая позиция в ней отведена Курчатовскому институту, что отражает его многолетнюю ведущую роль в становлении отечественных разработок сверхпроводниковых технологий. Появление экспериментальной линии в НИЦ должно обеспечить рывок в исследованиях высокотемпературных сверхпроводников, позволит существенно повысить их характеристики, выпустить опытные партии материалов, а также разработать новые технологии для их промышленного производства.
— Высокотемпературную сверхпроводимость открыли в 1986 году немец Йоханнес Георг Беднорц и швейцарец Александр Мюллер, за что уже через год получили Нобелевскую премию, — делает небольшой экскурс в историю ведущий научный сотрудник отделения сверхпроводимости Курчатовского комплекса НБИКС-технологий кандидат физико-математических наук Павел Дегтяренко (на снимке). — Ученые всего мира сразу же начали создавать новые материалы с рекордными критическими свойствами, многие из которых появились в Курчатовском институте, в российских научных лабораториях и университетах.
Но, к сожалению, первые опытно-промышленные технологии производства высокотемпературных сверхпроводников были созданы за рубежом. И хотя широкомасштабное использование таких сверхпроводников в промышленности находится в начале пути, развитие в этой области идет стремительными темпами. Если в случае с низкотемпературными сверхпроводниками разрыв между открытием и созданием опытно-промышленной технологии составлял около 50 лет, то с высокотемпературными он сокращен до 20. И именно Курчатовский институт имеет наивысший потенциал для того, чтобы обеспечить быстрый переход к созданию промышленной технологии производства конкурентоспособных высокотемпературных сверхпроводников, подготовке изделий на их основе к коммерциализации.
Низкотемпературная сверхпроводимость
В нашей стране исследования в области прикладной сверхпроводимости начали активно развиваться в середине 1960-х годов. Их инициатором и организатором был Курчатовский институт, который совместно с ВНИИ неорганических материалов им. академика А.А.Бочвара разработал целый ряд низкотемпературных сверхпроводников на основе различных сплавов и соединений, организовал промышленное производство на предприятии Средмаша. Так в Курчатовском институте появились установки термоядерного синтеза “Токамак-7” на ниобий-титановых сверхпроводниках и “Токамак-15” на ниобий-оловянных сверхпроводниках, которые были примером первого в мировой практике крупномасштабного использования этих материалов в столь сложных устройствах. Кстати, именно “Токамак-15” заложил основы проекта по созданию международного термоядерного реактора ITER в исследовательском центре Кадараш во Франции. Да и инициатором проекта ITER был не кто иной, как нынешний почетный президент Курчатовского института академик Евгений Велихов.
“ITER — сложный дорогой проект с огромными вложениями, — рассказал Павел Дегтяренко. — Под научным руководством НИЦ “Курчатовский институт” ведется создание магнитной системы ITER: на Чепецком механическом заводе в Глазове воссоздано производство уникальных технических сверхпроводников взамен оставшегося в Казахстане. Курчатовский институт обеспечил это производство методиками и оборудованием для контроля качества выпускаемой продукции.
На сегодняшний день Россия полностью выполнила свои обязательства по выпуску низкотемпературных сверхпроводящих проводов в количестве 220 тонн, а также токонесущих элементов на их основе для намотки тороидальных и полоидальных магнитных катушек удержания плазменного шнура в камере”.
Еще один громкий международный проект, в котором будет принимать участие Курчатовский институт, — модернизация Большого адронного коллайдера в ЦЕРН. Рабочие энергии ускорителя сейчас составляют 14 ТэВ. По словам П.Дегтяренко, в результате модернизации ускорителя низкотемпературный сверхпроводник NbTi, из которого созданы обмотки магнитных систем, будет заменен на низкотемпературный сверхпроводник Nb3Sn, в результате чего энергии, при которых будут сталкиваться частицы в ускорителе, вырастут до 33 ТэВ.
Сейчас перед сотрудниками Курчатовского института стоит еще одна очень важная задача — исследовать материал, из которого будет сделан сверхпроводящий провод, на устойчивость к воздействию интенсивного излучения.
“Мы уже начали эти работы, — пояснил Павел Дегтяренко. — В процессе эксплуатации сверхпроводниковых магнитных систем ускорительной техники с высокой светимостью сверхпроводящий интерметаллид Nb3Sn, на основе которого создаются квадрупольные магниты с высокой апертурой, подвергается воздействию различных высокоэнергетичных частиц, таких как фотоны, электроны, пионы, нейтроны и протоны. По этой причине исследование изменения электрофизических характеристик образцов проводов сверхпроводящего интерметаллида Nb3Sn до и после процесса облучения является одной из актуальных задач в области низкотемпературной сверхпроводимости. Ее решение позволит прогнозировать срок службы и поведение сверхпроводниковых магнитных систем в процессе эксплуатации. Фактически Курчатовский институт сейчас единственный в мире, кто может это делать на таком высоком уровне, потому что только здесь есть необходимая исследовательская база”.
Будущее высоких температур
Высокие температуры в сверхпроводимости — это все-таки -77К. Тем не менее, именно высокотемпературные сверхпроводники будут в перспективе более востребованными. Это связано хотя бы с более низкой стоимостью систем охлаждения (вместо гелиевых температур достаточно применять температуры жидкого азота).
Высокотемпературные сверхпроводники промышленность пока массово не использует: рынок еще предстоит формировать. Но уже сейчас во многих странах созданы экспериментальные установки и опытные партии устройств, работающих на высокотемпературных сверхпроводниках: кабели с высокой токонесущей способностью, ограничители тока короткого замыкания, накопители энергии, двигатели и многое другое.
“Мы намерены заниматься улучшением свойств и характеристик высокотемпературных проводников, — рассказал о планах Павел Дегтяренко. — Активно проводим исследования в этой области, получили ряд патентов на технологию материалов и уникальные устройства, созданные по заказам Росатома, РЖД, оборонно-промышленного комплекса. Сейчас находимся в самом начале этой цепочки, которая является фундаментом для дальнейших разработок. Впереди новые научные исследования, создание моделей и прототипов устройств, доведение их до серийного выпуска. Несмотря на колоссальную ежедневную загруженность, мне нравится здесь работать. У нас созданы все условия для продуктивных научных исследований. И скажу без преувеличения: они очень увлекательны”.
На фото: Этапы изготовления ВТСП второго поколения; Образцы ВТСП-лент; Пилотная линия по выпуску ВТСП второго поколения в НИЦ “Курчатовский институт”
Елена МОРГУНОВА
Фото Андрея МОИСЕЕВА
Нет комментариев