АНАЛИЗ ИЗМЕНЕНИЙ ТОКОНЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ВТСП-ЛЕНТ ВТОРОГО ПОКОЛЕНИЯ ПОСЛЕ ПРИЛОЖЕНИЯ СЖИМАЮЩЕЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

В настоящее время во всем мире активно развивают проекты крупных магнитных систем на основе высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) второго поколения. В процессе изготовления и эксплуатации токонесущих элементов возникают значительные механические нагрузки, что может негативно сказаться на токонесущей способности. В работе проведен анализ изменений токонесущей способности ВТСП-лент с различной архитектурой после приложения сжимающих механических нагрузок при комнатной температуре. В качестве образцов для исследования использовали ВТСП-ленты, полученные в компании "С-Инновации", а также изготовленные на технологической линии в НИЦ "Курчатовский институт". Показано, что дополнительное лужение ВТСП-лент припоем ПОС-61 (Sn61/Pb39) приводит к ухудшению токонесущей способности при меньших механических нагрузках по сравнению с нелужеными образцами. Также обнаружено, что сжимающие нагрузки в 50 МПа приводят к значительному увеличению продольной неоднородности и локальному увеличению критического тока выше значений в исходной ленте. Проведен сравнительный анализ величин критического тока, полученных с использованием транспортного метода, и рассчитанных на основе данных холловской магнитометрии. Показано, что результаты, полученные этими взаимодополняющими методами, согласуются для всех образцов при условии, что принимается экспоненциальная форма локальной вольтамперной характеристики.

Об авторах

Илья Иванович Преображенский

НИЦ “Курчатовский институт”;
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Автор, ответственный за переписку.
Email: preo.ilya@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-2352-6745
Scopus Author ID: 58094092300
ResearcherId: IXN-8315-2023
Россия, пл. акад. Курчатова, 1, Москва, 123098 Россия; Ленинские горы, 1, Москва, 119991 Россия

Валентин Васильевич Гурьев

НИЦ “Курчатовский институт”

Email: Gurev_VV@nrcki.ru
Россия, пл. акад. Курчатова, 1, Москва, 123098 Россия

Дмитрий Николаевич Диев

НИЦ “Курчатовский институт”

Email: dndiev@gmail.com
Россия, пл. акад. Курчатова, 1, Москва, 123098 Россия

Андрей Викторович Наумов

НИЦ “Курчатовский институт”

Email: naumovandrej.isssph@yandex.ru
Россия, пл. акад. Курчатова, 1, Москва, 123098 Россия

Алексей Вячеславович Поляков

НИЦ “Курчатовский институт”

Email: alxadress@gmail.com
Россия, пл. акад. Курчатова, 1, Москва, 123098 Россия

Кирилл Владимирович Мосеев

НИЦ “Курчатовский институт”

Email: kirit@yandex.ru
Россия, пл. акад. Курчатова, 1, Москва, 123098 Россия

Марина Николаевна Макаренко

НИЦ “Курчатовский институт”

Email: makarenko_MN@rrcki.ru
Россия, пл. акад. Курчатова, 1, Москва, 123098 Россия

Сергей Викторович Шавкин

НИЦ “Курчатовский институт”

Email: shavkin_SV@nrcki.ru
Россия, пл. акад. Курчатова, 1, Москва, 123098 Россия

Список литературы

  1. Мороз А.Н. Магнитные и транспортные свойства сверхпроводников второго рода: численное моделирование и эксперимент // ФММ. 2021. Т. 122. № 5. С. 466–498.
  2. Красильников А.В., Коновалов С.В., Бондарчук Э.Н., Мазуль И.В., Родин И.Ю., Минеев А.Б., Кузьмин Е.Г., Кавин А.А., Карпов Д.А., Леонов В.М., Хайрутдинов Р.Р., Кукушкин А.С., Портнов Д.В., Иванов А.А., Бельченко Ю.И., Денисов Г.Г. Токамак с реакторными технологиями (TRT): концепция, миссии, основные особенности и ожидаемые характеристики // Физика плазмы. 2021. Т. 47. № 11.
  3. Mitchell N., Zheng J., Vorpahl C., Corato V., Sanabria C., Segal M., Sorbom B., Slade R., Brittles G., Bateman R., Miyoshi Y., Banno N., Saito K., Kario A., Kate H., Bruzzone P., Wesche R., Schild T., Bykovskiy N., Dudarev A., Mentink M., Mangiarotti F., Sedlak K., Evans D., Van Der Laan D., Weiss J., Liao M., Liu G. Superconductors for fusion: a roadmap // Supercond. Sci. Technol. 2021. V. 34.
  4. Wang Z. Current status of research on magnetic confinement fusion and superconducting tokamak devices // Procedia Computer Science. 2023. V. 228.
  5. Ходжибагиян Г.Г., Новиков М.С., Фишер Э.З., Шемчук А.В. Концепция ВТСП магнитной системы синхротрона "Новый нуклотрон" // Письма в ЭЧАЯ. 2024. Т. 21. № 1.
  6. Rossi L., Senatore C. HTS Accelerator Magnet and Conductor Development in Europe // Instruments. 2021. V. 5. No. 8.
  7. Uglietti D. A review of commercial high temperature superconducting materials for large magnets: from wires and tapes to cables and conductors // Super-cond. Sci. Technol. 2019. V. 32. 053001.
  8. Zhou W., Jia R., Cao J., Liang R. Elastoplastic mechanical behavior of high-field magnet of REBCO high temperature superconducting composite tape under extreme environment // Composite Structures. 2024. V. 329. 117806.
  9. Zhou Y.H., Park D., Iwasa Y. Review of progress and challenges of key mechanical issues in high-field superconducting magnets // National Sci. Rev. 2023. V. 10. No. 3.
  10. Антонова Л.Х., Боровицкая И.В., Горшков П.В., Демихов Е.И., Иванов Л.И., Крохин О.Н., Михайлова Г.Н., Михайлов Б.П., Никулин В.Я., Покровский С.В., Руднев И.А., Троицкий А.В. Применение ударных волн для улучшения токонесущих свойств ВТСП-лент YBCO (123) и Bi (2223) в магнитных полях // ФММ. 2011. Т. 111. № 2. С. 162–168.
  11. Krivykh A., Irodova A., Krylov V., Kulikov I., Polyakov A. Electromechanical Properties of Thin-Layer HTSC-2G Tape Wires at Helium Temperature and Tensile Stresses Above 1000 MPa // IEEE Trans. Appl. Supercond. 2022. V. 32. No. 4.
  12. Ikuta S., Nakanishi K., Nishiyama R., Ohya M. Spiral bending tests of various REBCO wires for development of high-temperature superconducting assembled conductors // IEEE Trans. Appl. Supercond. 2023. V. 33. No. 5.
  13. Polikarpova M.V., Lukyanov P.A., Abdyukhanov I.M., Pantsyrny V.I., Vorobyeva A.E., Khlebova N.E., Sudyev S.V., Shikov A.K., Guryev V.V. Bending Strain Effects on the Critical Current in Cu and Cu–Nb–Stabilized YBCO-Coated Conductor Tape // IEEE Trans. Appl. Supercond. 2014. V. 24. No. 3.
  14. Diev D.N., Anashkin O.P., Keilin V.E., Krivykh A.V., Polyakov A.V., Shcherbakov V.I. Delamination tests of 2G HTS tapes at room and liquid nitrogen tempera-tures // AIP Conf. Proc. 2014. V. 1574. P. 245–251.
  15. Ryu S., Lee C., Choi Y., Sim K., Hahn S., Kim S. Deformation Behavior of Stacked REBCO Tapes under Compressive Loads // IEEE Trans. Appl. Supercond. 2024. V. 34. No. 5.
  16. Molodyk A., Samoilenkov S., Markelov A., Degtyarenko P., Lee S., Petrykin V., Gaifullin M., Mankevich A., Vavilov A., Sorbom B., Cheng J., Garberg S., Kesler L., Hartwig Z., Gavrilkin S., Tsvetkov A., Okada T., Awaji S., Abraimov D., Francis A., Bradford G., Larbalestier D., Senatore C., Bonura M., Pantoja A.E., Wimbush S.C., Strickland N.M., Vasiliev A. Development and large volume production of extremely high current density YBa2Cu3O7 superconducting wires for fusion // Scientific Reports. 2021. V. 11. 2084.
  17. Samoilenkov S., Molodyk A., Lee S., Petrykin V., Kalitka V., Martynova I., Makarevich A., Markelov A., Moyzykh M., Blednov A. Customised 2G HTS wire for applications // Supercond. Sci. Technol. 2016. V. 29. 024001.
  18. Krasnoperov E.P., Sychugov V.V., Guryev V.V., Shavkin S.V., Krylov V.E., Volkov P.V. 2G HTS tape and double pancake coil for cryogen-free // Electrical Eng. 2020. V. 102. P. 1769–1774.
  19. Карпов И.Д., Иродова А.В., Круглов В.С., Шавкин С.В., Эм В.Т. Исследование внутренних напряжений в несущей ленте-подложке из нержавеющей стали AISI 310S для ВТСП-проводов второго поколения методом нейтронной стресс-дифрактометрии // ЖТФ. 2020. Т. 90. № 7.
  20. Воробьева А.Е., Абдюханов И.М., Раков Д.Н., Белотелова Ю.Н., Котова Е.В., Коновалов П.В., Панцырный В.И., Шиков А.К. Мишени для получения ВТСП 2 поколения методом импульсного лазерного напыления // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Материаловедение и новые материалы. 2012. Т. 2.
  21. Shavkin S.V., Shikov A.K., Chernykh I.A., Guryev V.V., Kovalenko E.S., Yakovenko E.V., Zanaveskin M.L., Ra-kov D.N., Vorobieva A.E. Diagnostics of target inhomogeneity and influence of YBCO target oxygen content on properties of HTSC 2G samples fabricated by PLD technique // J. Phys.: Conference Series. 2014. V. 507. 022030.
  22. Преображенский И.И., Гурьев В.В., Диев Д.Н., Наумов А.В., Поляков А.В., Мосеев К.В., Макаренко М.Н., Шавкин С.В. Влияние сжимающих механических нагрузок на распределение критического тока в пакетах ВТСП-лент // Сверхпроводимость: фундаментальные и прикладные исследования. 2024. Т. 2. № 2.
  23. Кривых А.В., Гурьев В.В., Мосеев К.В. Изменение токонесущей способности композитных ВТСП-2 лент под действием перпендикулярного давления // ВАНТ: термоядерный синтез. 2025.
  24. Falorio I., Young E.A., Yang Y. Flux pinning distribution and E-J characteristics of 2G YBCO Tapes // J. Phys.: Conference Series. 2014. V. 507. 022004.
  25. Manfreda G., Bellina F., Volpini G. Critical current statistical distribution and voltage–current characteristics in superconducting wires // Supercond. Sci. Technol. 2014. V. 27. 125005.
  26. Kiss T. Percolative Transition and Scaling of Transport E–J Characteristics in YBCO Coated IBAD Tape // IEEE Trans. Appl. Supercond. 2003. V. 13. No. 2. https://doi.org/10.1109/TASC.2003.811906
  27. Thomann A.U., Geshkenbein V.B., Blatter G. Vortex dynamics in type-II superconductors under strong pinning conditions // Phys. Rev. B. 2017. V. 96. 144516.
  28. Guryev V.V., Shavkin S.V., Kruglov V.S. Guided vortex motion in dilute strong pinning environment: Models and experiment // Physica C: Supercond. Appl. 2022. V. 599. 1354080.
  29. Fee M., Fleshler S., Otto A., Malozemoff A.P. Effects of local variations in critical current density on the performance of long Bi-2223 tapes // IEEE Trans. on Appl. Supercond. 2001. V. 11. No. 1.
  30. Gömöry F., Šouc J., Adámek M., Ghabeli A., Solovyov M., Vojenčiak M. Impact of critical current fluctuations on the performance of a coated conductor tape // Superconductor Sci. Techn. 2019. V. 32. No. 12. 124001.
  31. Клименко Е.Ю., Именитов А.Б., Шавкин С.В., Волков П.В. Ом-амперные характеристики сверхпроводников с сильным пиннингом // ЖЭТФ. 2005. Т. 127. № 1.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать