 |
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция
Практическая работа № 1. Во всех странах производство ВТСП 2G вышло на стадию опытно-промышленного производства, и идёт работа над запуском их в крупномасштабное производство
Во всех странах производство ВТСП 2G вышло на стадию опытно-промышленного производства, и идёт работа над запуском их в крупномасштабное производство. В настоящее время японские и американские фирмы идут несколько различными путями к одной цели. Американские работают, в первую очередь, над увеличением длин единичных кусков проводников (до 1000 м и более), а японские сосредоточили усилия в основном на получении максимально высоких характеристик на относительно небольших длинах (80 – 300 м). Оба эти направления часто пересекаются. Все фирмы также озабочены проблемой максимального увеличения скорости производства ВТСП лент и уменьшением производственных издержек.
Немецкая фирма Bruker разработала свою собственную, во многом оригинальную технологию. По мнению этой фирмы, именно её технология обещает в будущем стать наиболее дешёвой. В этой фирме реализован способ нанесения различных слоёв на ленту, намотанную на вращающуюся цилиндрическую основу (во всех остальных компаниях ленты покрываются слоями в режиме «на проход» при перемотке катушек). В настоящее время производятся стандартные проводники со значениями Ic ~ 500 - 575 А/см длиной ~ 100 м. В самое ближайшее время, с запуском новой производственной линии, длина единичного куска должна достигнуть 2000 м. Проводники производятся шириной 40 мм, но поставляемые этой фирмой провода могут разрезаться на ленты различной ширины, в зависимости от пожеланий заказчика.
В настоящее время производительность нанесения буферного слоя на фирме Bruker составляет 4 м/час (для ленты шириной 40 мм), а нанесения ВТСП – 12 м/ч. Расчётная производительность самой медленного этапа технологии, таким образом, составляет ~ 80 км в год. Фирма Bruker – единственная, у которой лимитирующей и самой дорогостоящей является стадия нанесения первого буферного слоя (у всех остальных фирм узким и самым дорогим участком технологии является нанесение ВТСП слоёв). Возможно, это связано с материалом применяемого буферного слоя – YSZ, нанесение которого во всем мире считается более дорогим, чем GZO и MgO.
В немецкой фирме THEVA группа разработчиков ВТСП-2 состоит из бывших сотрудников Мюнхенского университета, которым удалось в своё время разработать оригинальную технологию производства ВТСП-2, и которые перешли в фирму THEVA вместе со всеми своими разработками. Оригинальность технологии заключается, прежде всего, в методе нанесения текстурированного буферного слоя – ISD. Удалось разработать также и оригинальную технологию напыления ВТСП слоя. Кроме того, эта фирма во всех стадиях производства ВСТП использует только электронно-лучевое испарение. Достигнутый на проводниках уровень свойств является одним из лучших в мире, правда, пока длины единичных кусков невелики. Планируется организовать широкомасштабное производство, которое, как надеются разработчики, будет самым дешёвым в мире.
Компания PerCoTech AG основана работниками Технического университета Брауншвейга (TU Braunschweig). Больших успехов, по сравнению с другими производителями, у этой фирмы пока нет. Разрабатывается своя собственная оригинальная технология, основанная на использовании лент RABiTS фирмы Evico и методах MOCVD для нанесения и буферных, и ВТСП слоёв. Было сообщение, что удалось получить проводник со значением Ic 60 А/см.
Фирма Evico специализируется только на изготовлении лент RABiTS, которые предлагает другим производителям ВТСП 2G. Ранее стандартная лента изготавливалась из сплава Ni – 5 % ат. W с длиной единичного куска до 250 м. Сейчас налажено производство из нового сплава Ni – 7,5 % ат. W, имеющего более низкую магнитную восприимчивость и более высокую прочность. Согласно данным фирмы, ей удалось получить ленту с количеством кубической текстуры на поверхности до 97 % отн., что для такого сплава является неплохим показателем (для ленты из сплава с 5 % ат. W этот показатель не хуже 98 % отн.). Длины единичных кусков лент из нового сплава пока только 40 м.
Корейские KERI и SuNAM Co (сокращённо - AL) начали разработку ВТСП-2 с 2001 года, в рамках специальной национальной программы, и к настоящему времени несколько отстают от японских и американских фирм. Тем не менее, и у них есть существенные успехи. Так, лучшие провода KERI, изготавливаемые по технологии, аналогичной американской, имеют значения критического тока ~ 250 – 300 А/см с длиной единичного куска 100 м и более. Фирма AL старается разрабатывать оригинальную технологию, главная цель которой – высокая производительность и максимальное удешевление производства (даже в ущерб качеству). Эта фирма создала производственную линию мощностью 1500 м проводника в сутки (в расчёте на ленту шириной 4 мм) со значениями критического тока 250 А/см, а лучшие образцы обладают Ic до 500 А/см. Длина единичного куска достигает 500 м.
В рамках корейской национальной программы, прежде всего, разрабатываются электрические кабели (высоковольтный и низковольтный) и электродвигатели для морских судов, меньшее внимание уделяется токоограничителям и накопителям энергии.
Работы по разработке различных технологий ВТСП-2 идёт и в Китае. Сведений об этих работах пока очень мало. Известно, например, что в Пекинском институте цветных металлов (GRINM) разработка ведётся в 2 направлениях: на ленты типа RABiTS наносят буферные и ВТСП слои методом MOD, а параллельно идут работы по технологии IBAD + PLD. Сведений о свойствах проводников пока не поступало.
10. КОМПОЗИЦИОННЫЕ ПРОВОДНИКИ НА ОСНОВЕ ДИБОРИДА МАГНИЯ (MgB2)
10.1. История открытия соединения MgB2.
Соединение MgB2 чуть-чуть задержалось с рождением, пропустив вперёд ВТСП материалы [8]. Если бы его открыли раньше ВТСП, учёный мир охватил бы тот же ажиотаж, что и с памятным открытием ВТСП. Критическая температура MgB2 39 К в 2 раза выше, чем у Nb3Sn, и в 4 раза выше, чем у Nb-Ti (см. рисунок 1). Относительно низкая анизотропия, простой химический состав, дешевизна исходных составляющих для его синтеза – все это заставило бы учёных и инженеров цепко ухватиться за него, и, скажем, проект термоядерного реактора стал бы существенно дешевле сегодняшней пугающей цифры и, может быть, надёжнее. Но все это при условии, что в его разработку вложили хотя бы 2-3% средств, затраченных миром на разработки ВТСП.
Новый сверхпроводник на основе соединения диборида магния MgB2 был открыт в 2001 году японским учёным Акимитсу. Сообщение об открытии такого сверхпроводника вызвало подлинную сенсацию. От этого класса веществ учёные ничего подобного не ожидали. Это соединение было известно с 1945 года, однако в технике нигде не применялось. Диборид магния стал объектом пристального внимания многих исследователей. Открытие сверхпроводимости в MgB2 открывает новые возможности для практического использования сверхпроводников в магнитных и электронных устройствах.
10.2. Особенности сверхпроводников на основе соединения MgB2.
Установлено, что сверхпроводимость MgB2 обусловлена механизмом электрон-фононного взаимодействия Бардина–Купера–Шриффера. Также считают, что в случае MgB2 впервые реализуется давно предсказанная теоретически, но ранее экспериментально не наблюдавшая модель двущелевой проводимости. Это вызвало большой интерес учёных, которые долгое время не могли определить, к какой категории сверхпроводников следует отнести данное соединение (вначале его приняли за ещё один ВТСП проводник).
В зависимости от поведения во внешнем магнитном поле сверхпроводники принято делить на 1-й и 2-й род. Открытие в 2001 году «необычной» сверхпроводимости в дибориде магния вызвало дискуссию: к какому роду следует отнести данный сверхпроводник? Некоторые учёные полагают, что диборид магния не укладывается в общепринятую классификацию, а образует совершенно новую категорию — сверхпроводников 1,5-го рода, вобравших в себя часть свойств от сверхпроводников 1-го рода и часть от 2-го. Другие учёные не согласны с такой интерпретацией, утверждая, что «необычные» сверхпроводники вполне укладываются в рамки существующего деления на 1-й и 2-й род.
В 2005 году Егор Бабаев и Мартин Спейт [9] теоретически предсказали существование сверхпроводника 1,5-го рода, в котором взаимодействие вихрей отличается от сверхпроводников 1-го и 2-го рода и напоминает поведение молекулярных сил. Иными словами, вихри на близких расстояниях должны отталкиваться друг от друга, а на далёких расстояниях притягиваться. Вследствие этого возможно образование более сложных и неоднородных (по сравнению с абрикосовской решёткой) вихревых структур. Например, формирование объединений (кластеров) из двух и более близкорасположенных вихрей или, как их назвали Бабаев и Спейт вышеупомянутые теоретики, вихревых «молекул».
Спустя 4 года группа учёных под руководством Виктора Мощалкова [8] сообщила, что действительно в монокристаллах MgB2 проникновение магнитного поля происходит приблизительно так, как предсказывали Егор Бабаев и Мартин Спейт. Эксперименты установили, что пока индукция внешнего магнитного поля не превышает B c1, сверхпроводник находится в мейсснеровском состоянии, то есть не впускает в себя силовые линии. Далее, при индукции поля 0,0001 Тл, вихри входят в сверхпроводник, образуя не треугольную решётку, а паутинную (рисунок 21а). Плавное увеличение индукции магнитного поля до 0,0005 Тл приводит к преобразованию паутинной вихревой решётки в чередующиеся полосы с высокой и низкой плотностью вихрей, то есть в те самые кластеры, о которых говорилось выше (рисунок 21б). Если же ещё усилить внешнее поле, то произойдёт ещё одно превращение и возникнет хорошо знакомая треугольная решётка вихрей: диборид магния ведёт себя уже как сверхпроводник 2-го рода.
Рисунок 21 - Паутинная вихревая решётка в MgB2
а) при температуре 4,2 К во внешнем магнитном поле с индукцией 0,0001 Тл
б) при той же температуре, но в поле 0,0005 Тл
Итак, проникновение магнитного поля в сверхпроводник 1,5-го рода оказалось ещё более сложным, чем для сверхпроводника 2-го рода. При заданной температуре сверхпроводник полуторного рода с увеличением индукции магнитного поля последовательно проходит мейсснеровское состояние (когда никаких вихрей в нём нет). Потом «попадает» в некое промежуточное состояние, в котором вихри за счёт взаимодействия, напоминающего межмолекулярные силы, могут образовывать вихревые «молекулы». Дальнейшее усиление поля переводит сверхпроводник в смешанное или вихревое состояние, где образуется однородная абрикосовская решётка (как у сверхпроводника 2-го рода).
10.3. Методы получения сверхпроводников на основе MgB2.
Основным методом получения сверхпроводников на основе MgB2 является «Порошок в трубе».
Диборид магния (рисунок 22) - тугоплавкое вещество, практически не спекающееся при атмосферном давлении вплоть до температуры 1100 °C [10]. Это обстоятельство затрудняет полную реализацию потенциала этого сверхпроводника в технической сверхпроводимости: например, пока нерешённой задачей является получение объёмных образцов с хорошим контактом между частицами (хотя в последнее время сообщается о различных вариантах решения этой проблемы). Как следствие, критический ток и критическое поле объёмных образцов MgB2 пока ниже рекордных величин, полученных на высококачественных плёнках этого сверхпроводника: m0Hc2 > 60 Tл, jc (4,2 K, 8 Tл) > 105 A/см2, jc (4,2 K, 0 Tл) > 3·107 A/см2 [10].
Рисунок 22 - Структура MgB2 [8]
Основным способом получения диборида магния является твердофазный синтез в той или иной модификации. Как и ВТСП-керамики, соединение MgB2 хрупко, и потому не может быть непосредственно изготовлено в виде провода или ленты. Наиболее широко используемым сейчас методом изготовления проводников на основе MgB2 (как и для ВТСП-керамики) является метод “порошок в трубе”. Он преимущественно применяется в двух вариантах: in situ и ex situ. В методе in situ тщательно перемешанные стехиометрические смеси порошков магния и бора запрессовываются в металлической трубке, после чего она протягивается в провод. Сверхпроводящая сердцевина провода из MgB2 образуется в результате окончательного отжига провода в области температур, обычно 600-950 °С. В методе ex situ, напротив, металлическая трубка заполняется порошком предварительно уже синтезированного соединения MgB2, затем трубка протягивается в провод, который может и не подвергаться окончательной термообработке. Оба варианта имеют свои достоинства и недостатки; в частности, существенным преимуществом метода in situ является возможность введения наноразмерных примесей для создания искусственных центров пиннинга в MgB2-матрице, что существенно повышает плотность критического тока провода во внешнем поле. С другой стороны, метод ex situ позволяет избежать (зачастую нежелательного) взаимодействия MgB2 с металлической оболочкой [5].
Компания Hyper Tech разработала и запатентовала процесс непрерывного формирования и заполнения труб для создания MgB2 сверхпроводников. Процесс включает изготовление провода, начиная с металлических лент, которые, протягиваясь через систему валков специальной формы, одновременно и в непрерывном режиме наполняются порошком MgB2, формируются в виде трубы и вытягиваются до необходимой толщины (см. рисунок 23).
Рисунок 23 - Схема непрерывного процесса формирования металлической трубки и одновременного заполнения ее MgB2 порошком с последующим вытягиванием провода [8]
Обычно производители заполняют трубу фиксированной длины и затем вытягивают до необходимого диаметра, что имеет 2 недостатка: первый - труба заполняется материалом неоднородно по плотности, второй - для получения провода большой длины необходимо брать трубу все большего и большего диаметра.
(а) (б) (в) (г)
Рисунок 24 - Ниобиевый барьер, медная матрица (а), большое число жил (б), провод очень малого диаметра (в), провод прямоугольного сечения (г)
Важной проблемой является выбор материала металлической оболочки, как для внутренних жил, так и для внешней оболочки для сборки многожильного проводника. Оболочка для моножил должна быть достаточно пластичной при деформации и более твёрдой, чем керамика MgB2, не вступать (или вступать в малой степени) в реакцию с магнием во время термообработки (т.е. при температурах до 900 °С) и иметь коэффициент термического расширения больший, чем у соединения MgB2 (~8,3х10-6 K-1). Внешняя оболочка должна также быть пластичной и более твёрдой, чем материал жил, чтобы обеспечить необходимое сжатие. Для практического применения в электротехнике необходимо также, чтобы материал оболочки имел низкое электрическое сопротивление.
В качестве оболочек были опробованы следующие материалы: железо, медь, никель, нержавеющая сталь (типа AISI 316L), сплавы на основе меди (например, CuNi(12%)Zn(24%), CuNi(18%)Zn(20%) и др.), монель, тантал, ниобий, титан, а также биметаллические и триметаллические трубы из этих же материалов [10].
Медь, а также медные сплавы, вступают в химическую реакцию с магнием с образованием MgCu2, причём, если термообработка проводника происходит при температуре ниже плавления магния, то в принципе применять их можно. По внутренней поверхности жилы образуется более или менее тонкий слой (~5-8 мкм) MgCu2. При этом, для поддержания стехиометрии необходимо в прекурсор дополнительно вводить некоторое количество магния. Образование промежуточного слоя MgCu2 несколько ухудшает свойства проводников. Если же термообработку проводника предусматривается проводить при температуре выше 600 °С, то использование меди (и вообще медных сплавов) недопустимо.
Наиболее стойки к магнию и бору железо, тантал, ниобий и нержавеющая сталь. Причём, все эти материалы не должны содержать примесей, способных реагировать с магнием или бором. Железо реагирует с бором с образованием Fe2B, но это соединение образует тонкий слой на границе металл керамика (1-2 мкм или до 5 мкм), который препятствует дальнейшей реакции. Отрицательного влияния этого слоя на характеристики проводников не выявлено. Ниобий, тантал и нержавеющая сталь (при отсутствии в ней меди) не реагируют с керамикой. Однако использование нержавеющей стали затрудняет практическое применение сверхпроводника из-за большого контактного сопротивления.
Таким образом, в качестве материалов, непосредственно контактирующих с керамикой наиболее пригодны железо, тантал и ниобий. В последнее время, наиболее широко в этом качестве используют ниобий и железо.
По результатам измерений сверхпроводящих свойств проводников в зависимости от механического напряжения было выявлено большое значение разницы в коэффициентах термического расширения (КТР) MgB2 и металлической оболочки. При охлаждении от температуры синтеза до комнатной и от комнатной до криогенной металлическая оболочка должна оказывать сжимающее напряжение на керамику, а внешняя оболочка – на внутренние жилы. Это связано с хрупкостью сверхпроводящего соединения и появлением в нем многочисленных трещин и пор. Ниобий и тантал имеют значения КТР ниже MgB2 (6,3 и 7,3 × 10-6, соответственно) и поэтому непригодны в качестве единственного материала оболочки. У остальных металлов значения КТР выше: железо 11,8 × 10-6, монели ~13,9 × 10-6, никель 13,4 × 10-6, медь и медные сплавы ~16,5 – 18 × 10-6, нержавеющая сталь 18 × 10-6 K-1.
В качестве внешней оболочки были попытки использовать чистую медь, как материал с наименьшим электрическим сопротивлением, но из-за ее мягкости по сравнению с любым материалом оболочки внутренних жил не удалось получить проводник с удовлетворительной геометрией, и соответственно с хорошими токонесущими свойствами. В тоже время, наилучшая с точки зрения твёрдости, прочности и высокого КТР нержавеющая сталь, имеет слишком большое электрическое сопротивление. Поэтому в качестве внешней оболочки обычно применяют сплавы на основе меди (в том числе и монели), либо железо (предпочтительней особо чистое марки ARMCO). Возможно использование биметаллической внешней оболочки, например, медь – нержавеющая сталь.
Но в последнее время было показано, что для достижения более высоких сверхпроводящих характеристик, целесообразно применять более сложную конструкцию проводника в оболочке из нескольких материалов, что позволяет использовать достоинства каждого из них. На сегодняшний день, наиболее перспективны из разработанных конструкций следующие: биметаллическая заготовка для моножилы - ниобий-медь, внешняя оболочка - монель либо нержавеющая сталь [8]. Такие проводники имеют более высокий уровень сверхпроводящих свойств, но и большую стоимость изготовления за счёт сложности технологии (биметаллические оболочки) и более дорогих материалов (ниобий). Таким образом, выбор материала оболочки во многом зависит от соотношения «цена – качество».
Изготавливаются моножильные и многожильные MgB2 провода в Cu-Ni оболочке длиной от 1 до 4 км и диаметром 0,7 – 0,9 мм с 7 или 18 жилами (рисунок 24). Плотность критического тока Jc = 175000 A/cм2 (20 K, 2 Tл). Для увеличения критического тока в магнитном поле MgB2 провода легируют карбидом кремния (SiC), вводя добавки в исходный порошок. В легированных проводах Jc достигает 20000 A/cм2 при 10 Tл и 4.2 K.
10.4 Применение сверхпроводников на основе MgB2.
Предпосылками применения сверхпроводников на основе MgB2 являются следующие его преимущества:
• Простой химический состав
• Дешевизна исходных составляющих для его синтеза
• Возможность достижения типичных магнитных полей более 0,4 Tл (до 1,5-2,0 Tл) при более низких капитальных затратах на оборудование и с более низкой стоимостью эксплуатации
• Устойчивость характеристик соединения MgB2 в условиях радиационного воздействия
• Высокие значения критических транспортных токов и их относительно малая чувствительность к межзёренным контактам; Ic ~ 900 A (T = 4,2 К и H = 0,5 Тл). На сегодняшний день эта величина Iс является наибольшим значением транспортного тока, полученного в проводах и лентах MgB2.
Рисунок 29 - Зависимость критического тока от магнитного поля при температурах 4,2 К, 9,8 К, 15 К, 20 К и 25 К в кабеле на основе MgB2
В сравнении с НТСП магнитами стоимость эксплуатации MgB2 катушек также более низкая из-за более высокой рабочей температурой (20 - 30 K) и связанной с этим стоимостью системы охлаждения. Кроме того, MgB2 провода могут быть изготовлены как круглого, так и прямоугольного сечения, и имеют небольшой вес. Затраты на их изготовление значительно более низкие в сравнении с ВТСП лентами. MgB2 проводники могут применяться в токоограничителях, трансформаторах, магнитах с большим внутренним каналом, в устройствах магнитной сепарации и ЯМР магнитах [10].
Рассмотрим, на примерах нескольких зарубежных компаний, для каких устройств и где разрабатывают и производят технические сверхпроводники на основе MgB2 .
Фирма Columbus Superconductors (Италия) проводит исследования, разработки, производство и продажу проводов, лент и кабелей на основе сверхпроводящего диборида магния.
1)
2)
Рисунок 30 - Компания Columbus Superconductors (Италия) производит:
1. транспонированные многожильные ленты для применений в условиях переменного тока;
2. стабилизированные медью многожильные ленты для применений в условиях постоянного тока.
Проводники позволяют изготавливать катушки методом «реакция-намотка». Стандартная длина кусков проводников – 1,6 км. Уже к концу 2005 года компания изготовила и поставила заказчикам 20 км MgB2 ленты. В дальнейшем компания переведёт своё производство на промышленный уровень с производительностью 20 км/месяц и сможет его увеличить до 100 км/месяц, если это потребуется. Длина кусков будет увеличена до 7 км (Таблица 3).
Таблица 3 - Параметры стандартных MgB2 лент, стабилизированных медью, компании Columbus
| Поперечное сечение, мм2 | 3,6·0,65 | |
| Критический ток, Ic, А | 30 K, собственное поле | |
| 27,5 К, собственное поле | ||
| 20 K, 1 Tл |
В настоящее время фирма Diboride Conductors ( Великобритания) сосредоточила усилия на двух применениях – токоограничители в электродвигателях морских судов и токовводы. Разрабатываемый токоограничитель будет меньших размеров и более быстродействующим в сравнении с ограничителями, разрабатываемыми для распределительных и передающих электросетей. Разрабатываемые относительно дешёвые MgB2 токовводы предназначены для более стабильной работы и экономии электроэнергии в результате замены существующих (работающих на жидком гелии) токовводов в ЯМР сканерах госпиталей и лабораторных ЯМР установках.
В настоящее время компания Hyper Tech (США) - лидер в разработке MgB2 проводов - работает над проектами, которые перечислены ниже, связанными с разработкой и производством MgB2 проводов и устройств на их основе, с общим объёмом финансирования 2 млн. долл.
Основные проекты компания Hyper Tech (США):
• Магнит для ЯМР томографии (проект с Национальным институтом здоровья)
• Трансформатор/Индуктор (проект от ВМС США)
• Мотор/Генератор (проект от НАСА)
• Статор (проект от НАСА)
• Рефрижератор на принципе адиабатического размагничивания (проект от НАСА)
• Применения в области физики высоких энергий (проект от Министерства энергетики)
• Будущие программы – токоограничитель (6,6кВ, 400 А), ондулятор.
Рисунок 31 - Изготовленная компанией Hyper Tech испытательная катушка (482 витка) для ЯМР томографии:
· диаметр отверстия 52 см;
· высота катушки 3,8 см;
· многожильный (18 жил) провод MgB2/Nb/Cu/CuNi длиной 823 м;
· инженерная плотность тока, Je = 22 кА/cм2 при 20 K;
· магнитное поле Bcoil = 0,12 Т при 20 K.
Рисунок 32 - Трансформатор и индуктор для питания корабельного двигателя 12,4 кВА
По контракту с ВМС США Hyper Tech разработала трансформатор и индуктор для питания корабельного двигателя на 12,4 кВА (рисунок 32). На втором этапе должны быть разработаны MgB2 провода с низкими потерями на переменном токе и демонстрационная катушка для 12,4 кВА трансформатора, а на третьем этапе – 3-х фазный 3-5МВА трансформатор.
По контракту с NASA Hyper Tech разработала демонстрационный генератор. Проект называется «Разработка MgB2сверхпроводящих катушек для авиационных электромоторов и генераторов». На втором этапе проекта был изготовлен ротор полностью из MgB2. Конечная цель – 4-х полярный ротор из провода длиной 2 км для вставки в 2 МВт генератор. Другой проект, выполняемый Hyper Tech по контракту с NASA, называется «Диборидмагниевый сверхпроводящий статор для систем электродвижения».
Рисунок 33 - Сегмент статорной катушки, намотанной из семижильного MgB2 провода (J = 310 000 A/cм2 at 20 K)
По гранту, полученному от Министерства энергетики США, Hyper Tech разрабатывает MgB2магниты для применений в ускорителях. Цель разработки – увеличить критический ток в полях 3-5 Тл, увеличить число жил в проводе и соотношение сверхпроводник/нормальный металл, улучшить стабильность работы провода.
Рисунок 33 - Двухметровый кабель,
скрученный из 9 проводов,
(шаг скрутки 5 см).
Для устройств, применяемых в области физики высоких энергий, Hyper Tech, предполагая поучаствовать в ИТЭР, продемонстрировала характеристики своих проводов в температурных условиях этого реактора. Был разработан и изготовлен MgB2 многожильный провод специально для ограничителей тока. Провод был успешно испытан сотрудниками Cambridge Univ. и компании Rolls Royce plc (Великобритания) при токе в импульсе 700 А. В будущем Hyper Tech планирует включиться в разработку ондулятотов для источников синхротронного излучения, а также магнитов для левитирующих устройств.
Контрольные вопросы
1. Какие существуют основные типы ВТСП соединений и в чем их главное отличие?
2. Как влияет на токонесущие способности структура слоёв Cu-O в сверхпроводниках купратного типа?
3. Какие существуют основные типы ВТСП 1-го поколения и чем они отличаются?
4. В чем суть метода MMGT получения объёмной керамики? Каковы его основные этапы?
5. Почему проводники Bi-2223/Ag обычно изготавливаются в виде ленты?
6. Каковы основные стадии метода изготовления ВСТП-1 ленточного типа «порошок в трубе»?
7. Почему в качестве оболочки для ленточных ВТСП-1 применяют практически чистое серебро?
8. В чем суть процесса «накислораживания» сверхпроводящей фазы? Какие сверхпроводящие соединения «накислораживать» необходимо, а какие нет?
9. Как влияет сила магнитного поля и температура на критический ток в сверхпроводниках на основе фазы Bi-2223/Ag?
10. В чем заключается принципиально отличие ВТСП 2-го поколения от ВТСП 1-го поколения?
11. Зачем на ленту-подложку ВТСП-2G наносят «буфферные» слои?
12. Какие существуют основные методы нанесения буферных слоёв? Как может повлиять материал подложки на выбор того или иного метода нанесения буферного слоя?
13. В чем преимущества и недостатки химических и физических методов нанесения буферных слоёв и ВТСП слоя?
14. Каким способом добиваются наличия практически 100% текстуры в лентах-подложках из Ni-W сплава (технология RABiTs)?
15. Что является главной технической характеристикой ВТСП-2G?
16. Каковы основные отличия проводников на основе диборида магния от НТСП и ВТСП проводников? Каковы основные преимущества MgB2 проводников?
17. Каковы основные этапы изготовления проводников на основе MgB2 методом «порошок в трубе»?
18. В чем принципиальное отличие методов in situ и ex situ?
19. Какие требования предъявляются к материалу оболочки проводника на основе MgB2?
20. В каких областях нашли своё применение проводники на основе MgB2?
Список использованной литературы:
Основная:
1. «Токонесущие ленты второго поколения на основе высокотемпературных сверхпроводников» / Под ред. А. Гояла; Пер. с англ.; Ред. пер. А.Р. Крауль. М.: Издательство ЛКИ, 2009. – 432 с.
2. Паринов И.А. «Микроструктура и свойства высокотемпературных сверхпроводников», Ростов н/Д:Изд-во Рост. Ун-та, 2004.-Е.1.-416с.
3. «ВТСП-проводники: от исследования к применению», Никулин А.Д., Шиков А.К., Акимов И.И., Сборник публикаций ВНИИНМ им. А.А.Бочвара, 1998 г.
4. «Разработка методов обработки давлением материалов для сверхпроводников второго поколения на основе соединения Y-123», Рекуданов А.В., Медведев М.И., доклад на Бочваровском конкурсе ВНИИНМ, 1998 г.
5. А. Шиков. «Российские сверхпроводники», «Национальная металлургия», №2,2004г, с 83-91
6. А.П, Смирягин, Н.А. Смирягина, А.В. Белова. «Промышленные цветные металлы и сплавы», Справочник, 3-е изд., М.: «Металлургия», 1974 – 488 с.
7. И.И. Новиков. «Теория термической обработки металлов». Учебник. Изд. 3-е, М., «Металлургия», 1978. 392 с.
8. Веб-сайт http://www.columbussuperconductors.com.
9. Физические величины, М: Энергоатомиздат, 1991, стр. 257, 261.
10. Журнал «Перст»: Сверхпроводники для электроэнергетики, Том 3, вып. 6, // Под ред. Н.А. Черноплеков, 2006 г. 14 с.
Дополнительная:
1. Ю.Д. Третьяков, Е.А. Гудилин. «Химические принципы получения металоксидных сверхпроводников». М.: Успехи химии, т. 69, н.1, 2000 –340 с.
2. М.Г. Мнеян. «Сверхпроводники в современном мире». М.: Просвящение, 1991, 69 с.
3. «Высокотемпературные сверхпроводники» / Под ред. Д. Нелсона, М. Уиттинхема, Т. Джорджа), М.: Мир, 1988 г.
4. «Высокотемпературная сверхпроводимость. Фундаментальные и прикладные исследования». Вып.1 / Под ред. А.А. Киселева), С.-Петербург: Машиностоение, 1990 г.
Практическая работа № 1
Тема:
Базовые теоретические концепции и классификация методов психотерапии. Стратегии и техники психотерапевтической работы.
Цель практической работы:
Научить студентов разбираться в базовых теоретических концепциях психотерапии, пользоваться различными методами и стратегиями психотерапии.
Ожидаемый результат:
Умение определять специфику различных стратегий и методов психотерапии, использование на практике стратегий и методов психотерапии в зависимости от проблемы клиента.
1. Дайте определения следующим понятиям: психотерапевтическое вмешательство, психокоррекция, психотерапия, внушение, гипноз. Выделите особенности их применения и ситуацию использования
2. Решить задачи
Поиск по сайту: