stringtranslate.com

Оксид редкоземельного бария и меди

Элементарная ячейка YBCO

Оксид редкоземельного бария и меди ( ReBCO [1] ) — это семейство химических соединений, известных своей способностью проявлять высокотемпературную сверхпроводимость (ВТСП). [2] Сверхпроводники ReBCO обладают потенциалом выдерживать более сильные магнитные поля, чем другие сверхпроводящие материалы. Благодаря своей высокой критической температуре и критическому магнитному полю этот класс материалов предлагается использовать в технических приложениях, где обычные низкотемпературные сверхпроводники недостаточны. Сюда входят термоядерные реакторы с магнитным удержанием , такие как реактор ARC , позволяющие создать более компактную и потенциально более экономичную конструкцию, [3] и сверхпроводящие магниты для использования в будущих ускорителях частиц , которые появятся после Большого адронного коллайдера , в котором используются низкотемпературные сверхпроводники. [4] [5]

Материалы

В ReBCO можно использовать любой редкоземельный элемент ; популярными вариантами являются иттрий ( YBCO ), лантан ( LBCO ), самарий (Sm123), [6] неодим (Nd123 и Nd422), [7] гадолиний (Gd123) и европий (Eu123), [8] где числа в скобках указывают молярное соотношение между редкоземельным элементом, барием и медью.

YBCO

Критический ток YBCO (К А /см 2 ) в зависимости от абсолютной температуры ( К ) при различном магнитном поле ( Тл ). [9]

Самый известный ReBCO — это оксид иттрия , бария, меди, YBa2Cu3O7 − x ( или Y123), первый обнаруженный сверхпроводник с критической температурой выше точки кипения жидкого азота . [10] Его молярное соотношение составляет 1 к 2 к 3 для иттрия, бария и меди, и он имеет элементарную ячейку , состоящую из субъединиц, что является типичной структурой перовскитов . В частности, субъединиц три, они перекрываются и содержат атом иттрия в центре средней и атом бария в центре остальных. Поэтому иттрий и барий укладываются в соответствии с последовательностью [Ba-Y-Ba] вдоль оси, условно обозначенной как c , (вертикальное направление на рисунке справа).

Полученная ячейка имеет орторомбическую структуру , в отличие от других сверхпроводящих купратов , которые обычно имеют тетрагональную структуру . Все угловые позиции элементарной ячейки заняты медью, которая имеет две различные координаты, Cu(1) и Cu(2), по отношению к кислороду. Она предлагает четыре возможных кристаллографических позиции для кислорода: O(1), O(2), O(3) и O(4). [11]

История

Поскольку эти материалы хрупкие, из них было трудно создавать провода. После 2010 года промышленные производители начали производить ленты, [12] с различными слоями, инкапсулирующими материал ReBCO, [13] открывая путь к коммерческому использованию.

В сентябре 2021 года компания Commonwealth Fusion Systems (CFS) создала тестовый магнит с лентой ReBCO, которая выдерживала ток 40 000 ампер с магнитным полем 20 тесла при 20 К. [14] [15] Одним из важных нововведений было избежание изоляции ленты, что экономило место и снижало требуемое напряжение. Другим был размер магнита: 10 тонн , что намного больше, чем в любом предыдущем эксперименте. Сборка магнита состояла из 16 пластин, называемых блинами, каждая из которых имела спиральную обмотку ленты с одной стороны и охлаждающие каналы с другой. [16]

В 2023 году Национальная лаборатория сильных магнитных полей сгенерировала 32 тесла с помощью сверхпроводящего магнита ReBCO. [17] [18] Сверхпроводящий магнит 40 Т находится в стадии разработки.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Джа, Алок К.; Мацумото, Канаме (2019). «Сверхпроводящие тонкие пленки REBCO и их нанокомпозиты: роль оксидов редкоземельных металлов в содействии устойчивой энергетике». Frontiers in Physics . 7 : 82. Bibcode : 2019FrP.....7...82J. doi : 10.3389/fphy.2019.00082 . ISSN  2296-424X.
  2. ^ Фиск, З.; Томпсон, Дж. Д.; Зирнгиебл, Э.; Смит, Дж. Л.; Чонг, СВ. (Июнь 1987 г.). «Сверхпроводимость редкоземельных оксидов бария и меди». Solid State Communications . 62 (11): 743–744. Bibcode : 1987SSCom..62..743F. doi : 10.1016/0038-1098(87)90038-X.
  3. ^ "Новые сверхпроводники вселяют надежду на быструю разработку компактного термоядерного реактора". The Engineer . 14 августа 2015 г. Получено 21 июня 2020 г.
  4. ^ "До 20 Тесла и далее: высокотемпературные сверхпроводники". ЦЕРН . Получено 2021-11-05 .
  5. ^ ван Нугтерен, Дж.; Кирби, Г.; Муртомяки, Яакко Самуэль. «К диполям REBCO 20T+ для ускорителей». Исследовательские ворота . Г. де Рейк, Л. Росси и А. Стенваль.
  6. ^ Касуга, К.; Муралидхар, М.; Дико, П. (01 января 2016 г.). «СЭМ и СЭМ с помощью EDX-анализа SmBa2Cu3Oy, обработанного воздухом». Процессия по физике . 81 : 41–44. Бибкод : 2016PhPro..81...41K. дои : 10.1016/j.phpro.2016.04.018 .
  7. ^ Хари Бабу, Н.; Ло, В.; Кардвелл, ДА (1999-11-08). «Необратимое поведение NdBaCuO, изготовленного методом обработки расплава с верхней затравкой». Applied Physics Letters . 75 (19): 2981–2983. Bibcode : 1999ApPhL..75.2981H. doi : 10.1063/1.125208 . Получено 2021-10-12 .
  8. ^ Мураками, М.; Сакаи, Н.; Хигучи, Т.; Йо, СИ (1996). «Легкий редкоземельный элемент, переработанный в расплаве – Ba – Cu – O». Сверхпроводниковая наука и технология . 9 (12): 1015–1032. дои : 10.1088/0953-2048/12.09.001. S2CID  250762176 . Проверено 12 октября 2021 г.
  9. ^ Koblischka-Veneva, Anjela; Koblischka, Michael R.; Berger, Kévin; Nouailhetas, Quentin; Douine, Bruno; Muralidhar, Miryala; Murakami, Masato (август 2019 г.). «Сравнение температурных и полевых зависимостей критических плотностей тока объемных сверхпроводников YBCO, MgB₂ и на основе железа». IEEE Transactions on Applied Superconductivity . 29 (5): 1–5. Bibcode : 2019ITAS...2900932K. doi : 10.1109/TASC.2019.2900932. ISSN  1558-2515. S2CID  94789535.
  10. ^ Wu, MK (1987). "Сверхпроводимость при 93 К в новой смешанной фазе системы соединений Y-Ba-Cu-O при давлении окружающей среды" (PDF) . Physical Review Letters . 58 (9). JR Ashburn, CJ Torng, PH Hor, RL Meng, L. Gao, ZJ Huang, YQ Wang, et CW Chu: 908–910. Bibcode :1987PhRvL..58..908W. doi :10.1103/PhysRevLett.58.908. PMID  10035069. S2CID  18428336.
  11. ^ Hazen, RM; Finger, LW; Angel, RJ; Prewitt, CT; Ross, NL; Mao, HK; Hadidiacos, CG; Hor, PH; Meng, RL; Chu, CW (1987-05-01). «Кристаллографическое описание фаз в сверхпроводнике Y-Ba-Cu-O». Physical Review B. 35 ( 13): 7238–7241. Bibcode : 1987PhRvB..35.7238H. doi : 10.1103/PhysRevB.35.7238. PMID  9941012.
  12. ^ "ReBCO Высокотемпературная сверхпроводящая лента". www.fusionenergybase.com . Получено 2021-11-05 .
  13. ^ Барт, Кристиан; Мондонико, Джорджио (2015). «Электромеханические свойства проводников с покрытием ReBCO от различных промышленных производителей при 77 К, собственном поле и 4,2 К, 19 Тл». Наука и технология сверхпроводников . 28 (4): 045011. arXiv : 1502.06713 . Bibcode : 2015SuScT..28d5011B. doi : 10.1088/0953-2048/28/4/045011. S2CID  118673085.
  14. ^ "Eni and Commonwealth Fusion Systems Abstract". www.eni.com . Получено 2021-12-02 .
  15. ^ "MIT увеличивает магнит весом 10 тонн до 20 тесла в доказательство концепции коммерческого термоядерного синтеза -- ANS / Nuclear Newswire". www.ans.org . Получено 2021-12-02 .
  16. ^ «Испытания показывают, что высокотемпературные сверхпроводящие магниты готовы к термоядерному синтезу». Новости MIT | Массачусетский технологический институт . 2024-03-04 . Получено 2024-04-02 .
  17. ↑ Холл, Хизер (3 июля 2023 г.). «Победитель дня R&D 100: сверхпроводящий магнит на 32 Тесла». Журнал R&D . Получено 13 июля 2023 г.
  18. ^ «Знакомьтесь, сверхпроводящий магнит 32 Тесла». Национальная лаборатория сильных магнитных полей . 21 марта 2023 г. Получено 13 июля 2023 г.