Сверхпроводники высшей квалификации

В прошлом году ТВЭЛ договорился с ЦЕРНом о поставке квалификационной партии сверхпроводников для Кольцевого коллайдера будущего (Future Circular Collider, FCC). Разрабатывать технологию поручили ВНИИНМ им. Бочвара, изготовлением займется Чепецкий механический завод. Атомщики практически готовы к производству партии.

CC планируют построить на границе Швейцарии и Франции. Этот уникальный ускоритель частиц позволит физикам еще глубже проникнуть в тайны рождения и формирования Вселенной, откроет новые горизонты в понимании физики атомного ядра и взаимодействия элементарных частиц. Для сооружения Коллайдера будущего, который входит в тройку крупнейших и самых дорогих проектов мира, понадобится не менее 6 тыс. т Nb3Sn-сверхпроводников. Ни одна компания мира не способна изготовить такую огромную партию высокотехнологичного продукта в одиночку. На участие в проекте FCC претендуют фирмы из Европы, США, Японии, Южной Кореи. От России в проекте принять участие намерена коллаборация ТВЭЛ, ВНИИНМ и ЧМЗ.

ЦЕРН планирует использовать для ускорителя FCC совершенно новые сверхпроводники, у которых по сравнению с лучшими существующими образцами значительно (в три-четыре раза) повышены требования к токонесущей способности. Сверхпроводящая проволока диаметром всего 1 мм, имеющая в составе 50 % меди, должна обеспечивать максимальное значение критического тока более 589,5 А. Для сравнения: медный провод аналогичного диаметра несет ток в 100 раз меньше.

Кроме высокой токонесущей способности от сверхпроводника требуются высокие показатели стабильности и технологичности, а также приемлемая стоимость. Такие высокие требования еще ни разу не предъявлялись к сверхпроводникам для других установок.

Весь прошлый и первую половину этого года во ­ВНИИНМ шли НИОКР. «Мы опробовали более десятка вариантов сверхпроводников, управляя структурой и свойствами через конструкцию, легирование и термообработку, — рассказывает научный сотрудник отделения технологии и материаловедения сверхпроводящих и функциональных материалов ВНИИНМ Мария Крылова. — Наше отделение очень плотно работает с ЧМЗ. Мы разрабатываем и исследуем материалы, конструкции, делаем небольшие заготовки. На заводе с коллегами из ЧМЗ уточняем технологические режимы, проверяем, как меняются свойства сверхпроводников при масштабировании технологии изготовления».

Следующий шаг — производство 50-километровых образцов сверхпроводящего стренда для квалификации в ЦЕРНе. «Для получения предельно высокой токонесущей способности при сохранении приемлемого уровня энергетических потерь и технологичности стренда нам потребуется принципиально изменить систему легирования, использовать все возможности, которые нам дает выбранная конструкция стренда, для повышения качества и количества синтезируемой в процессе диффузионного отжига сверхпроводящей фазы Nb3Sn, добиться желаемой ее морфологии», — отмечает директор отделения Ильдар Абдюханов.

Специалисты ВНИИНМ и ЧМЗ готовы выполнить задачу на высшем уровне. Команда проекта тщательно продумывает все аспекты производства. «У нас работает уникальный коллектив. Это специалисты в широких областях металлургии цветных, тугоплавких и композиционных материалов: обработчики материалов давлением, материаловеды, лаборанты, инженеры, конструкторы, научные сотрудники. В институте нас консультируют опытные эксперты, которые работают с самого основания лаборатории в 1972 году. Эти специалисты разрабатывали сверхпроводники для первых в мире сверхпроводящих токамаков Т 7 и Т 15, участвовали в становлении цеха № 87 по производству сверхпроводников на ЧМЗ 10 лет назад, в разработке и отработке технологии изготовления сверхпроводников для ИТЭР. Кроме того, у нас есть и активные молодые сотрудники, которым посчастливилось работать в таком интересном направлении и внести свой вклад в сохранение опыта, технологий, знаний и приумножение его. На ЧМЗ работают эксперты и уникальные специалисты, которые стояли у истоков создания производства сверхпроводников. Их вклад в наше общее дело просто колоссален», — отмечает Мария Крылова.

В следующем году коллаборация ТВЭЛ, ВНИИНМ и ЧМЗ должна пройти квалификацию и стать полноценным участником одного из самых масштабных научных проектов.