Niob-titanové supravodivé spoje

Spojení mezi kvantovou technologií a supravodivostí
Kvantové výpočty a komunikace do značné míry spoléhají na supravodivé prvky, jako jsou niobové titanové kapiláry.

Niobová titanová kapilární trubice

Materiál kapiláry Nb-Ti: Ti-45Nb, Nb53 procent Ti47 procent, Nb-50 procent Ti
Specifikace niob-titanové kapiláry:
OD1mm X tloušťka stěny 0,14mm x 1000mm
OD 1,4 mm X tloušťka stěny 0,14 mm X 1000 mm
OD 2,2 mm x tloušťka stěny 0,18 mm x 1500 mm

 

Niob Titanové supravodivé spoje

Vzhledem k nulovému odporu supravodivých materiálů se supravodivé spoje Niob-titan (Nb-Ti) běžně používají jako supravodivé kabely v energetice.

 

Aby bylo možné zajistit ultrastabilní magnetické pole, provoz v trvalém režimu v supravodivém magnetickém systému vyžaduje supravodivé spoje. Zde poskytujeme podrobnou zprávu o hodnocení niob-titanových supravodivých spojů, které byly racionálně zkonstruovány. Dva typy pájky olovo-bismut (Pb-Bi), včetně Pb42Bi58 jako nového složení, byly použity v technice náhrady pájecí matrice k vytvoření supravodivých spojů pro praktické aplikace. Při 4,2 K dosáhly všechny spoje kritického proudu většího než 200 A. Při testu cívky s uzavřenou smyčkou naše vylepšená technika supravodivého spojování vytvořila celkový odpor obvodu 3.{12}} při 4,2 K ve vlastním poli. V neposlední řadě byl ukázán provoz v trvalém režimu v cívce elektromagnetu Nb-Ti s přepínačem trvalého proudu. Tento výzkum otevře dveře k vytvoření vysoce výkonných supravodivých spojů Nb-Ti pro použití v reálném světě.

 

Pomocí běžných magnetů na bázi mědi (Cu) není možné vytvořit silné magnetické pole v malém prostoru, ale supravodivé magnety ano. Supravodivé magnety jsou často vyrobeny z niobu a titanu (Nb-Ti), který má kritickou teplotu (Tc) 9,2 K a používá se v různých aplikacích v reálném světě. Schopnost vytvářet důvěryhodné "supravodivé spoje" je jednou z charakteristických vlastností Nb-Ti, díky které je vhodný pro většinu komerčních aplikací. Nb-Ti magnet může fungovat v persistentním režimu a díky supravodivým spojům1 dosáhnout ultrastabilního magnetického pole (dlouhodobá rychlost driftu magnetického pole řádově 0,1 ppm/h).

Dva konce supravodivého magnetu Nb-Ti by měly být připojeny k přepínači s trvalým proudem (PCS) využívajícím supravodivé spoje niob-titan, aby se umožnil provoz v trvalém režimu. Výroba supravodivých spojení vodičů Nb-Ti byla popsána pomocí různých technik, včetně výměny pájecí matrice2,3,4,5,6, ultrazvukového svařování7, difúzního svařování8, lisování za studena9,10 a bodové svařování10,11. Z hlediska spolehlivosti je technika výměny pájecí matrice pomocí pájky olovo-bismut (Pb-Bi), která je supravodivá při 4,2 K, často používána v průmyslovém prostředí k vytváření spojů Nb-Ti11. Thornton oznámil první vysoce výkonné Nb- Ti spoje vytvořené pomocí techniky výměny pájecí matrice v roce 19862. Ve vlastním poli při 4,2 K byla uzavřená smyčka s jediným spojem, který byl konstruován venku, schopna dosáhnout kritické proudové hustoty (Jc) až 143 kA/cm2 . Odpor různých Nb-Ti přechodů vytvořených Swensonem et al. pomocí Thorntonova přístupu byla hodnocena pomocí konvenční čtyřsondové techniky3. Dokázali dosáhnout odporů spojů 1 1011 v 1 T při 4,2 K. Výsledky na četných spojích Nb-Ti pro 400 MHz magnet pro nukleární magnetickou rezonanci také uvedli Cheng et al. V experimentu s uzavřenou smyčkou, jeden z jejich kloubů dosáhl kritického proudu (Ic) 89,5 A a odporu kloubu 1.8 1013 v 1 T při 4,2 K. Pro magnet 7 T zvířecí magnetickou rezonancí (MRI) Liu et al. také vytvořil a prozkoumal spoje Nb-Ti5. Jeho spoje, které byly vyrobeny z drátu 1.{52}} mm2 Nb-Ti/Cu, měly Ic 1 160 A a 1.{58}} v 0,6 T při 4,2 K. Nedávno, v roce 2015, Motomune et al.6 zkoumali proudové dráhy v Nb-Ti přechodech vytvořených nahrazením pájecí matrice. Navzdory skutečnosti, že Nb-Ti supravodivé spoje jsou často vyráběny v MRI sektoru a jsou nezbytnou součástí MRI magnetů, nebyl mnoho výzkumů supravodivých spojovacích technik pro multifilamentární Nb-Ti vodiče.

V reakci na to byly v této práci hodnoceny dvě odrůdy Pb-Bi pájky z hlediska jejich Jc a Tc jako životaschopné možnosti pro supravodivé přechody Nb-Ti. SEM pak bylo použito ke stanovení ideální doby leptání pro Cu matrici s cínem (Sn) a Sn s Pb-Bi (SEM). Tyto výsledky vedly k výrobě supravodivých spojů v převážně inertní atmosféře, aby se zabránilo oxidaci a jejich charakterizaci při 4,2 K v různých magnetických polích. Byla vyrobena a testována jednootáčková Nb-Ti cívka s uzavřenou smyčkou pomocí metody měření útlumu pole, aby bylo možné přesně určit odpor přechodu. Ukázáním provozu v perzistentním režimu u prototypu magnetu Nb-Ti bylo potvrzeno fungování perzistentního režimu v nově zkonstruovaných supravodivých spojích niob-titan pro magnet s perzistentním režimem.

Závěry
Popsali jsme způsob výměny pájecí matrice pro supravodivé připojení multifilamentního Nb-Ti vodiče spolu s výsledky testů supravodivých spojů. Prvním krokem bylo potvrzení složení dvou Pb-Bi pájek, Pb44.5Bi55.5 a Pb42Bi58, které mohou mít vliv na jejich supravodivé schopnosti. Obě pájky měly deficit Pb až 1,6 procenta . Bylo zjištěno, že magnetická Jc Pb44.5Bi55.5 a Pb42Bi58 je 2.{17}} Acm2 a 1.{20}} Acm2, v tomto pořadí, v 1 T při 4,2 K, ale Tc (počátek) 8,5 U obou pájek bylo naměřeno K. Nejlepší výkon, jaký byl kdy hlášen, byl Jc Pb44.5Bi55.5. Ic jednoho z nejlepších spojů vyrobených s Pb44.5Bi55.5 bylo 136 A v 1,65 T při 4,2 K. Výsledky magnetického měření byly v souladu s podprůměrným výkonem spojů vytvořených s Pb42Bi58 ve srovnání s Pb44.5Bi55. 5. Také jsme zaznamenali, že dosažení vysokého výkonu spoje nebylo zvýhodněno volným vázáním měděného drátu ve spoji. Spoj byl konstruován s jednootáčkovou Nb-Ti cívkou s uzavřenou smyčkou, takže měření útlumu v poli bylo možné použít k přesnému výpočtu odporu spoje. Naměřený celkový odpor obvodu, který vyhovuje technickým specifikacím pro provoz v trvalém režimu, byl 3.{52}} ve vlastním poli při 4,2 K. Nakonec byla použita cívka elektromagnetu Nb-Ti se dvěma spoji a PCS zobrazit provoz v trvalém režimu. Vývoj vysoce výkonných supravodivých spojů Nb-Ti umožní metodické šetření a zjištění týkající se postupu supravodivých spojů niob-titan uvedených v tomto článku.

 

 

 

 

Populární Tagy: Niob-titanové supravodivé spoje, dodavatelé, výrobci, továrna, přizpůsobené, koupit, cena, nabídka, kvalita, na prodej, skladem