Ниобий-титан
Ниобий-титан ( Nb-Ti ) представляет собой сплав ниобия . и титана , используемый в промышленности в качестве сверхпроводниковой проволоки типа II 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 примерно до 10 тесла. Для более сильных магнитных полей обычно используются сверхпроводники с более высокими характеристиками, такие как ниобий-олово , но их сложнее изготовить и они дороже в производстве.
В 2014 году мировой рынок сверхпроводимости оценивался примерно в пять миллиардов евро. [ 4 ] На системы магнитно-резонансной томографии (МРТ), в большинстве из которых используется Nb-Ti, приходится около 80% общей рыночной стоимости.
Известные применения
[ редактировать ]Сверхпроводящие магниты
[ редактировать ]в Пузырьковая камера Аргоннской национальной лаборатории оснащена Nb-Ti магнитом диаметром 4,8 метра, который создает магнитное поле силой 1,8 Тл. [ 5 ]
длиной 4 мили Около 1000 магнитов Nb-Ti SC были использованы в главном кольце ускорителя Тэватрон в Фермилабе . [ 6 ] Магниты были намотаны 50 тоннами медных кабелей, содержащих 17 тонн нитей Nb-Ti. [ 7 ] Они работают при 4,5 К и генерируют поля до 4,5 Тл.
1999: Релятивистский коллайдер тяжелых ионов использует 1740 магнитов Nb-Ti SC 3,45 Тл для изгиба лучей в своем двойном накопительном кольце длиной 3,8 км. [ 8 ]
В Большого адронного коллайдера ускорителе частиц магниты содержат 1200 тонн кабеля Nb-Ti. [ 9 ] из них 470 тонн Nb-Ti [ 10 ] а остальное медь, и они охлаждаются до 1,9 К, чтобы обеспечить безопасную работу полей до 8,3 Тл.
Ниобий-титановые сверхпроводящие магнитные катушки (с охлаждением жидким гелием) были созданы для использования в миссии магнитного спектрометра Альфа на Международной космической станции . Позже их заменили несверхпроводящими магнитами.
В экспериментальном термоядерном реакторе ИТЭР в качестве катушек полоидального поля используется ниобий-титан. В 2008 году испытательная катушка достигла стабильной работы при токе 52 кА и токе 6,4 Тл. [ 11 ]
Стелларатор Wendelstein 7-X использует Nb-Ti в качестве магнитов, которые охлаждаются до 4 К для создания поля 3 Тл.
Компания SCMaglev использует Nb-Ti для магнитов на борту поездов. Поезд, использующий эту технологию, в настоящее время является мировым рекордсменом скорости поездов - 603 км/ч. Он будет использоваться на Тюо Синкансэн , обеспечивающем пассажирские перевозки между Токио , Нагоей и Осакой с запланированной максимальной эксплуатационной скоростью 505 км/ч. Ведется строительство сегмента Токио – Нагоя, открытие запланировано на 2027 год. [ 12 ]
Галерея
[ редактировать ]
См. также
[ редактировать ]- Ниобий-олово
- Ванадий-галлий , можно использовать до 18 тесла.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Nb-Ti – от истоков к совершенству – открытие лучших составов, конструкций проводников и методов изготовления.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Шарифуллин, З. (май 2006 г.). «Измерения коэффициента остаточного сопротивления (RRR) жил сверхпроводящих NbTi кабелей LHC» . Транзакции IEEE по прикладной сверхпроводимости . 16 (2): 1188–1191. Бибкод : 2006ITAS...16.1188C . дои : 10.1109/TASC.2006.873322 . S2CID 38953248 .
- ^ Т.Г. Берлинкурт и Р.Р. Хейк (1962). «Исследование импульсным магнитным полем сверхпроводящих сплавов переходных металлов при высоких и низких плотностях тока». Бык. Являюсь. Физ. Соц. 2 (7): 408.
- ^ Т.Г. Берлинкур (1987). «Появление NbTi как супермагнитного материала» . Криогеника . 27 (6): 283. Бибкод : 1987Крио...27..283Б . дои : 10.1016/0011-2275(87)90057-9 .
- ^ «Конектус-Маркет» . Архивировано из оригинала 11 августа 2014 г. Проверено 17 мая 2015 г.
- ^ «Сверхпроводящие магниты» . Гиперфизика . Проверено 4 января 2019 г.
- ^ Р. Скэнлан (май 1986 г.). «Обзор сильнополевого сверхпроводящего материала для ускорительных магнитов» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 30 августа 2011 г. Проверено 30 августа 2011 г.
- ^ Роберт Р. Уилсон (1978). «Теватрон» (PDF) . Фермилаб . Проверено 4 января 2019 г.
- ^ "РИК" . Архивировано из оригинала 7 июня 2011 г. Проверено 7 декабря 2009 г.
- ^ Лусио Росси (22 февраля 2010 г.). «Сверхпроводимость: ее роль, успехи и неудачи в Большом адроном коллайдере ЦЕРН» . Сверхпроводниковая наука и технология . 23 (3): 034001. Бибкод : 2010SuScT..23c4001R . дои : 10.1088/0953-2048/23/3/034001 . S2CID 53063554 .
- ^ Статус массового производства сверхпроводящего кабеля LHC , 2002 г.
- ^ «Вехи истории проекта ИТЭР» . iter.org . 2011 . Проверено 31 марта 2011 г.
Тестовая катушка обеспечивает стабильную работу при токе 52 кА и токе 6,4 Тесла.
- ^ Уно, Мамору (октябрь 2016 г.). «Проект Тюо Синкансэн с использованием сверхпроводящей магнитной подвески» (PDF) . Обзор железных дорог и транспорта Японии (68): 14–25 . Проверено 21 июля 2021 г.