stringtranslate.com

Ниобий–титан

Ниобий-титан ( Nb-Ti ) — сплав ниобия и титана , используемый в промышленности в качестве сверхпроводниковой проволоки II типа для сверхпроводящих магнитов , обычно в виде волокон Nb-Ti в алюминиевой или медной матрице .

Его критическая температура составляет около 10 кельвинов . [1]

Высокое критическое магнитное поле и высокая критическая плотность сверхтока Nb-Ti были обнаружены в 1962 году в Atomics International Т. Г. Берлинкуртом и Р. Р. Хейком. [2] [3] Сплавы Nb-Ti отличаются простотой обработки и доступностью, что отличает их от других сверхпроводящих материалов.

Сплавы Nb-Ti имеют максимальное критическое магнитное поле около 15 тесла и, таким образом, подходят для изготовления супермагнитов, способных генерировать магнитные поля до 10 тесла. Для более сильных магнитных полей обычно используются сверхпроводники с более высокими характеристиками, такие как ниобий-олово , но их сложнее изготавливать и они дороже в производстве.

В 2014 году мировой рынок сверхпроводимости оценивался примерно в пять миллиардов евро. [4] Системы магнитно-резонансной томографии (МРТ), большинство из которых используют Nb-Ti, составили около 80% от общей стоимости рынка.

Известные применения

Сверхпроводящие магниты

Пузырьковая камера в Аргоннской национальной лаборатории оснащена магнитом Nb-Ti диаметром 4,8 метра, который создает магнитное поле напряженностью 1,8 тесла. [5]

Около 1000 магнитов Nb-Ti SC были использованы в главном кольце ускорителя Tevatron длиной 4 мили в Фермилабе . [6] Магниты были намотаны 50 тоннами медных кабелей, содержащих 17 тонн нитей Nb-Ti. [7] Они работают при температуре 4,5 К и генерируют поля до 4,5 Т.

1999: Релятивистский коллайдер тяжелых ионов использует 1740 магнитов Nb-Ti SC 3,45 Тл для изгибания пучков в двойном накопительном кольце длиной 3,8 км. [8]

В ускорителе частиц Большого адронного коллайдера магниты содержат 1200 тонн кабеля Nb-Ti [9] , из которых 470 тонн — это Nb-Ti [10] , а остальное — медь, и они охлаждаются до 1,9 К, чтобы обеспечить безопасную работу полей до 8,3 Тл.

Провода Nb-Ti выходят из дипольного магнита LHC.

Катушки сверхпроводящих магнитов из ниобия и титана (охлаждаемые жидким гелием) были созданы для использования в миссии Альфа-магнитного спектрометра на Международной космической станции . Позднее они были заменены несверхпроводящими магнитами.

Экспериментальный термоядерный реактор ITER использует ниобий-титан для своих полоидальных катушек. В 2008 году испытательная катушка достигла стабильной работы при 52 кА и 6,4 Т. [11]

В стеллараторе Wendelstein 7-X для магнитов используются Nb-Ti, которые охлаждаются до 4 К для создания поля 3 Тл.

SCMaglev использует Nb-Ti для магнитов на борту поездов. Поезд, использующий эту технологию, в настоящее время удерживает мировой рекорд скорости поезда в 603 км/ч. Он будет использоваться для Chūō Shinkansen , обеспечивая пассажирские перевозки между Токио , Нагоей и Осакой с запланированной максимальной рабочей скоростью 505 км/ч. Ведется строительство участка Токио–Нагоя, запланированная дата открытия — 2027 год. [12]

Галерея

Смотрите также

Дальнейшее чтение

Ссылки

  1. ^ Charifoulline, Z. (май 2006 г.). «Измерения отношения остаточного сопротивления (RRR) сверхпроводящих ниобий-титановых кабельных жил LHC». Труды IEEE по прикладной сверхпроводимости . 16 (2): 1188–1191. Bibcode : 2006ITAS...16.1188C. doi : 10.1109/TASC.2006.873322. S2CID  38953248.
  2. ^ TG Berlincourt и RR Hake (1962). «Исследования сверхпроводящих сплавов переходных металлов с помощью импульсного магнитного поля при высоких и низких плотностях тока». Bull. Am. Phys. Soc. 2 (7): 408.
  3. ^ TG Berlincourt (1987). "Появление NbTi как сверхмагнитного материала". Криогеника . 27 (6): 283. Bibcode : 1987Cryo...27..283B. doi : 10.1016/0011-2275(87)90057-9.
  4. ^ "Conectus - Market". Архивировано из оригинала 2014-08-11 . Получено 2015-05-17 .
  5. ^ "Сверхпроводящие магниты". HyperPhysics . Получено 4 января 2019 г.
  6. ^ Р. Скэнлан (май 1986). "Обзор сверхпроводящего материала для магнитов ускорителей с высоким полем" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2011-08-30 . Получено 2011-08-30 .
  7. ^ Роберт Р. Уилсон (1978). "Теватрон" (PDF) . Fermilab . Получено 4 января 2019 г.
  8. ^ "RHIC". Архивировано из оригинала 2011-06-07 . Получено 2009-12-07 .
  9. ^ Lucio Rossi (22 февраля 2010 г.). «Сверхпроводимость: ее роль, ее успехи и ее неудачи в Большом адронном коллайдере ЦЕРНа». Superconductor Science and Technology . 23 (3): 034001. Bibcode : 2010SuScT..23c4001R. doi : 10.1088/0953-2048/23/3/034001. S2CID  53063554.
  10. ^ Состояние массового производства сверхпроводящего кабеля LHC 2002
  11. ^ "Вехи в истории проекта ИТЭР". iter.org . 2011. Получено 31 марта 2011. Испытательная катушка достигает стабильной работы при 52 кА и 6,4 Тесла .
  12. ^ Уно, Мамору (октябрь 2016 г.). «Проект Chuo Shinkansen с использованием сверхпроводящей системы Maglev» (PDF) . Japan Railway & Transport Review (68): 14–25 . Получено 21 июля 2021 г. .