Исследователи кафедры общей физики Казанского федерального университета и Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» выявили факторы, определяющие ресурс высокотемпературных сверхпроводящих магнитов (ВТСП), которые используются для ускорителей нового поколения.

Результаты совместной работы представлены в статье «Влияние ионного облучения на критические характеристики ВТСП лент второго поколения», опубликованной в журнале IEEE Transactions on Applied Superconductivity.

«Высокотемпературные сверхпроводящие ленты второго поколения используются в обмотке сверхпроводящих магнитов, установленных в ускорителях заряженных частиц, таких как Большой адронный коллайдер, а также термоядерных реакторах типа "токамак", синхротронах. В процессе эксплуатации сверхпроводящая обмотка магнита подвергается воздействию ионизирующего излучения, и на ней, в слое высокотемпературного сверхпроводника, образуются дефекты. Этот процесс приводит к постепенному ухудшению рабочих характеристик магнита», – сообщил один из авторов статьи, доцент кафедры общей физики, ведущий научный сотрудник НИЛ «Квантовые симуляторы» Института физики КФУ Руслан Батулин.  

Ученые исследовали, как долго высокотемпературные сверхпроводники будут сохранять свои рабочие характеристики при эксплуатации устройств в условиях радиационных воздействий.

В современных сверхпроводящих магнитах, по словам Р. Батулина, применяемых в ускорителях, магнитно-резонансных томографах, спектрометрах ЯМР и ЭПР достаточно давно используются низкотемпературные сверхпроводники (НТСП) на основе NbTi с температурой перехода в сверхпроводящее состояние, то есть  в состояние с нулевым сопротивлением, ниже 10 Кельвинов (минус 263 градуса Цельсия). Охладить до такой температуры сверхпроводник  можно только используя жидкий гелий.

«Высокотемпературные сверхпроводники на основе соединения YBaCuO имеют нулевое сопротивление при значительно более высоких температурах (порядка 90 Кельвинов, что примерно равно минус 183 градусам Цельсия). ВТСП стоят гораздо дороже НТСП, однако для них жидкий гелий не требуется, можно использовать более простые и дешевые системы охлаждения. Это значит, что для работы установок с ВТСП магнитами необходима только электрическая энергия», – сказал физик КФУ.

Он добавил, что жидкий гелий получается путем сжижения газообразного, запасы которого в настоящее время не восполняются.

«Совместно с группой профессора Руднева из НИЯУ МИФИ мы изучили влияние радиационных дефектов, созданных ионным облучением, на критический ток и критическую температуру высокотемпературных сверхпроводящих лент, произведенных ЗАО "СуперОкс" (Россия), имеющих высокий потенциал практического применения. ВТСП ленты представляют собой многослойную композитную структуру, напыленную на гибкую металлическую подложку. Одним из компонентов структуры является тонкий, порядка одного микрометра, слой высокотемпературного сверхпроводника. Влияние облучения на свойства сверхпроводника мы и исследовали», –  пояснил Р.Батулин.

На основе детальных измерений рабочих характеристик сверхпроводника было показано, что критический ток более чувствителен к радиационным дефектам, чем критическая температура.

«Это означает, что при некоторой пороговой концентрации дефектов высокотемпературные сверхпроводники теряют способность обеспечивать высокие магнитные поля при протекании через них электрического тока. Полученный результат открывает путь к прогнозированию рабочего ресурса высокотемпературных сверхпроводников при использовании их, например, в магнитных системах строящегося в РФ синхротрона четвертого поколения», – сказал в заключение Руслан Батулин.