Исследования обмоточных сверхпроводников для создания крупномасштабных магнитных систем

Родин, Игорь Юрьевич

Исследования обмоточных сверхпроводников для создания крупномасштабных магнитных систем тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.13 ВАК РФ

Родин, Игорь Юрьевич АВТОР

кандидата технических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Санкт-Петербург МЕСТО ЗАЩИТЫ

2005 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.13 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Исследования обмоточных сверхпроводников для создания крупномасштабных магнитных систем»

Автореферат диссертации на тему "Исследования обмоточных сверхпроводников для создания крупномасштабных магнитных систем"

На правах рукописи / / УДК 621.039.

Родин Игорь Юрьевич

ИССЛЕДОВАНИЯ ОБМОТОЧНЫХ СВЕРХПРОВОДНИКОВ ДЛЯ СОЗДАНИЯ КРУПНОМАСШТАБНЫХ МАГНИТНЫХ СИСТЕМ

01.04.13 - электрофизика, электрофизические установки

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2005

$110

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте электрофизической аппаратуры им. Д.В.Ефремова.

Научный руководитель: кандидат технических наук, ст.н.с,

Егоров Сергей Александрович Научный консультант: доктор физико-математических наук, ст.н.с.

Беляков Валерий Аркадьевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, чл.-корр. РАН Чубраева Лидия Игоревна доктор технических наук, ст. н. с. Высоцкий Виталий Сергеевич

Ведущая организация:

Государственный научный центр Российской Федерации Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований

Защита диссертации состоится "13" июля 2005 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д.201.006.01 при Научно-исследовательском институте электрофизической аппаратуры им. Д.В.Ефремова в Доме Ученых НИИЭФА (196641, Санкт-Петербург, пос. Металлострой, ул. Полевая, д. 12).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИИЭФА. Автореферат разослан "А* " Ц Нг.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук,

профессор Шуксйло-Н.-А-.-— I НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА

й&гтаз}

i 1

in í*?

Актуальность проблемы.

Использование "горячей" дейтерий-тритиевой плазмы, удерживаемой в заданных границах с помощью сильных магнитных полей, представляется наиболее перспективным путём к промышленному производству энергии с помощью управляемого термоядерного синтеза (УТС). В числе наиболее перспективных систем УТС могут быть названы токамаки. Применение сверхпроводников, традиционно используемых в магнитных системах для исследований в области физики высоких энергий, способно существенно снизить энергопотребление токамаков.

Наиболее известный проект полностью сверхпроводящего токамака -Интернациональный Термоядерный Экспериментальный Реактор ИТЭР, проектная стадия которого, включая крупномасштабные модельные эксперименты, была выполнена специалистами Европы, США, Российской Федерации и Японии в период с 1988 по 2002 г.

В конструкции электромагнитной системы (ЭМС) ИТЭР используются обмоточные сверхпроводники (провода) типа «кабель-в-оболочке», технические характеристики которых зависят от свойств исходных базовых металлокомпозитных проволок (стрендов), а также от конструкции и технологии изготовления провода.

Для подтверждения свойств обмоточных сверхпроводников на этапах разработки и массового производства проводятся экспериментальные исследования сверхпроводящих и электрофизических свойств проводов в условиях, близких к рабочим, имеющих место в сверхпроводящей магнитной системе (CMC).

Объём экспериментальных работ зависит от масштаба и стоимости CMC. В случае ИТЭР экспериментальным исследованиям подверглись как короткие (длиной менее 2 м) образцы, так и модельные катушки, изготовленные из полномасштабных образцов обмоточных сверхпроводников длиной 40 - 200 м. Исследования коротких образцов проводятся для оценки технических характеристик провода в первом приближении и контроля качества проводов при массовом выпуске в подтверждение приемлемости выбранной технологии изготовления проводников.

Из-за размерных и методических ограничений исследования коротких образцов не обеспечивают полную адекватную проверку свойств обмоточных проводников в рабочих условиях. Для более точного воспроизведения рабочих условий используются модельные катушки, изготовленные с использованием конструктивных решений и предполагаемой технологии изготовления CMC. Испытания модельных катушек в условиях, близких к реальным рабочим условиям CMC, позволяют выявить неучтённые ранее недостатки конструкции обмоточных сверхпроводников и технологии их изготовления.

Масштаб оборудования для испытаний варьируется от измерительных станций для определения отдельных сверхпроводящих и электрофизических характеристик до огромных сооружений, подобных Международному испытательному стенду ИТЭР, созданному в Японском Институте Исследований по Атомной Энергии (JAERI), в состав которого входят Модельная Катушка Центрального Соленоида (МКЦС) - сверхпроводящий цилиндрический соленоид с магнитным полем 13 Т в отверстии диаметром около 2 м, источни" тока до 60 кА, система криообеспечения, система управления, сбора и контроля информации и система защиты.

Результаты исследований, проведённых в рамках данной диссертационной работы, позволили всесторонне проверить разработанную конструкцию и технологию изготовления обмоточного сверхпроводника тороидальной обмотки ЭМС ИТЭР. Полученные данные могут быть использованы при подготовке технических спецификаций обмоточных проводников ЭМС ИТЭР и других крупных CMC, что определяет актуальность представленной диссертации.

Работа выполнена в соответствии с Федеральными целевыми научно-техническими программами:

- «Международный термоядерный реактор ИТЭР» на 2002-2005 годы (постановление Правительства РФ №604 от 21 августа 2001 г.)

- «Международный термоядерный реактор ИТЭР и научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы в его поддержку» на 1996-1998 годы (постановление Правительства РФ №1119 от 19 сентября 1996 г.) и на 1999-2001 годы (№1417 от 1 декабря 1998 г.).

Цель работы.

Целью диссертационной работы является создание и использование на практике экспериментальных методик, измерительного оборудования и диагностических средств как для исследования коротких образцов обмоточных сверхпроводников крупных CMC, включая ЭМС ИТЭР, так и для испытаний полномасштабного 43-метрового образца обмоточного сверхпроводника тороидальной обмотки ИТЭР в составе модельной катушки Катушки-Вставки с Проводником Тороидальной Обмотки (КВПТО) ИТЭР.

Решены следующие задачи:

1. Разработка экспериментальной методики и создание установки для измерения потерь энергии за цикл изменения во времени внешнего магнитного поля в коротких образцах обмоточных сверхпроводников.

2. Разработка методики и оборудования для оперативного регулирования и стабилизации температуры образцов обмоточных сверхпроводников в диапазоне 4,2 - 120 К.

3. Разработка программы и проведение испытаний КВПТО в составе МКЦС на международном стенде JAERI (Нака, Япония), включая разработку методического обеспечения, подготовку измерительной диагностики, проведение исследований и предварительный анализ полученных результатов.

4. Разработка методик, проведение и анализ результатов послеиспытательного контроля состояния обмотки и провода КВПТО, в ходе которого был проведён дополнительный анализ результатов испытаний КВПТО на стенде JAERI.

Научная новизна и результаты, выносимые на зашит»'.

В рамках представляемой работы ряд принципиально известных методик были существенно модифицированы в применении к реальным объектам исследования, а также задачам ИТЭР, что позволяет говорить об их новизне. - Разработана и реализована в экспериментальной установке методика

измерения потерь энергии в коротких образцах обмоточных

сверхпроводников. Отличительные особенности методики:

• одновременное измерение потерь энергии электромагнитным и калориметрическим методами при однократном изменении внешнего магнитного поля по треугольному или трапецеидальному закону;

• использование на выходе калориметрического объёма высокочувствительного поплавкового ротаметра с электронным устройством считывания положения поплавка;

• использование нагревателя, расположенного в объёме калориметра для создания опорного потока газа, обеспечивающего начальное положение поплавка ротаметра.

- Разработаны методика и аппаратное обеспечение для оперативного регулирования и стабилизации температуры образцов обмоточных сверхпроводников в диапазоне 4,2 -120 К. Основная особенность -возможность моделирования теплофизических процессов, предполагающих стабилизацию на заданном уровне температуры образцов, охлаждаемых сверхкритическим гелием.

- Разработаны методические подходы к моделированию рабочих условий обмоточных сверхпроводников крупных CMC, включая ЭМС ИТЭР. В частности, программа испытаний КВПТО в составе МКЦС была разработана для моделирования условий, максимально приближенных к наиболее жёстким рабочим условиям по магнитному полю и механическим напряжениям (зона максимального поля на внутренней ноге катушки тороидального поля ИТЭР).

- В ходе испытаний КВПТО впервые проверены на полномасштабном образце конструкция и технология изготовления российского ниобий-оловянного провода для тороидальной обмотки ИТЭР. Максимальный испытательный ток составил 46 кА в поле 13 Тл. Как и в МКЦС, обнаружен эффект снижения критических параметров провода по сравнению с характеристиками, рассчитанными на основе результатов испытаний исходных стрендов.

датчиков на первом полиамидном слое изоляции провода КВПТО толщиной 0,25 мм. Последующие слои из стеклоленты после вакуумной пропитки компаундом обеспечивают механическое крепление и защиту термометров от высокого электрического напряжения.

- Разработана и испытана в лабораторных условиях специальная конструкция оптоволоконного кабеля, размещаемого в канале охлаждения обмоточного сверхпроводника для измерения распределения температуры по его длине.

- Разработаны и реализованы на практике методики контроля состояния обмотки и провода КВПТО после испытаний на стенде JAERI. Обнаружены многочисленные дефекты стрендов в местах контакта со спиралью охлаждающего канала и пластическая деформация структуры кабеля КВПТО под действием электромагнитных сил.

Практическая ценность.

Результаты, полученные в рамках данной диссертационной работы, имеют

следующее практическое значение:

1. Методика и установка для измерения потерь энергии в изменяющемся магнитном поле успешно использованы при исследовании образцов обмоточного сверхпроводника индуктивного накопителя с циркуляционным охлаждением энергоёмкостью 100 МДж, проведённого в НТЦ «Синтез» ФГУП НИИЭФА им. Д.В. Ефремова по заказу американской фирмы BWXT.

2. Измерения критических параметров образцов вышеупомянутого обмоточного сверхпроводника проведены с использованием разработанных методики и оборудования для оперативного регулирования и стабилизации температуры. Кроме того, разработанные методические подходы к регулированию температуры провода, охлаждаемого потоком однофазного гелия, были использованы в ходе испытаний КВПТО на международном стенде JAERI.

3. Разработанный способ размещения термометров между слоями компаундированной высоковольтной изоляции использован при установке термометров для приемо-сдаточных испытаний высоковольтной обмотки зарядной катушки, изготовленной во ФГУП НИИЭФА им. Д.В. Ефремова по заказу Массачусетского технологического института (МГГ, США).

4. Разработанные методики неразрушающего и разрушающего контролей внедрены и используются в НТЦ «Синтез» ФГУП НИИЭФА им. Д.В Ефремова для контроля качества изготовления образцов обмоточных сверхпроводников и CMC различного назначения. 5 Результаты испытаний КВПТО, наряду с результатами испытаний других модельных катушек ИТЭР, стали исходной базой для корректировки критериев проектирования обмоточных сверхпроводников ЭМС ИТЭР. Достоверность основных результатов I. Представленные в диссертационной работе методика и установка для измерения потерь энергии в коротких образцах обмоточных сверхпроводников были сертифицированы без замечаний в рамках проекта ИТЭР после сравнительных испытаний с участием аналогичных установок, созданных в MIT (США), СЕА (Франция), JAERI (Япония), Twente Unuversity (Голландия). 2 Результаты испытаний КВПТО на стенде JAERI были проанализированы Международной группой по испытаниям модельных катушек ИТЭР, в состав которой входили специалисты из Японии, США, Европы и России. Результаты анализа подтвердили достоверность полученных результатов, после чего они были включены в базы данных и опубликованы в документах ИТЭР, а также в сборниках материалов различных конференций. 3. Достоверность результатов послеиспытательного контроля подтверждается использованием современных методов исследования (рентгеновской интроскопии, ультразвуковой дефектоскопии, рентгенографии, с высоким разрешением, программного обеспечения для анализа цифровых фотографий и т.п.). Кроме того, результаты разрушающего контроля подтверждаются данными, полученными в ходе измерения гидравлических характеристик провода КВПТО.

Апробация результатов и публикаций. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на рабочих совещаниях Центральной команды ИТЭР (г. Нака, Япония и Сан-Диего, США) в период с 1996 по 2002 г.г., а также представлялись на всероссийских конференциях «Инженерные проблемы термоядерных реакторов» (Ленинград, октябрь 1990; Санкт-Петербург, май

1997 и октябрь 2002); международных конференциях по Магнитным технологиям (МТ-12, Ленинград, 1991г.; МТ17, Женева, 2001 г.); по Термоядерной энергии (17th IAEA, 1998 г.); по Проблемам прикладной сверхпроводимости (ASC-2002, Хьюстон, ASC-2004, Джексонвиль).

Результаты диссертации опубликованы в 25 работах.

Объем и структура диссертации.

Работа изложена на 158 машинописных листах, состоит из введения, трех глав и заключения, а также содержит 106 рисунков и 14 таблиц. Список цитируемой литературы состоит из 70 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность решаемых в диссертации задач, формулируются цели работы, рассматриваются вопросы научной новизны, практической и научной ценности выносимых на защиту результатов, кратко излагается содержание диссертационной работы.

Первая глава диссертации посвящена вопросам проведения экспериментальных исследований коротких образцов обмоточных сверхпроводников, используемых при создании CMC, включая ЭМС ИТЭР.

Наряду с критическими характеристиками потери энергии в изменяющемся во времени магнитном поле являются важным свойством обмоточных сверхпроводников. Связанное с потерями тепловыделение в сверхпроводящих обмотках повышает нагрузку на криогенную систему, увеличивая стоимость криогенного оборудования и снижая эффективность применения сверхпроводимости в целом.

В общем случае электромагнитные потери в изменяющемся во времени магнитном поле подразделяются на:

- гистерезисные потери, определяемые токами, протекающими только по сверхпроводящим волокнам;

- кооперативные потери, возникающие в нормально-проводящих материалах и сверхпроводящих волокнах вследствие перетекания токов между сверхпроводящими волокнами в стрендах, между стрендами или между субкабелями в обмоточном сверхпроводнике;

- потери на вихревые токи (токи Фуко), возникающие в нормальных металлах.

Известные методы измерения потерь подразделяются на калориметрические и электромагнитные. Первые основаны на измерении теплофизических величин, в частности, на измерении массы испарившегося хладагента. Их преимуществом является простота калибровки, недостатком - сложность оборудования и измерительного процесса. Электромагнитные методы основаны на измерении петель намагничивания образца за цикл изменения приложенного поля. Достоинством этих методов является простота процесса измерения, недостатком - сложность калибровки.

В диссертационной работе приведено описание методики и установки для измерения потерь энергии в изменяющемся магнитном поле в коротких образцах обмоточных сверхпроводников без транспортного тока двумя методами (калориметрическим и/или электромагнитным). Тем самым предпринята попытка объединить достоинства калориметрического и электромагнитного методов.

Установка построена на базе криостата 0300 мм и погружного сверхпроводящего дипольного магнита на поле до 5 Тл, в центральном отверстии которого размещены сверхпроводящий соленоид на поле 3,5 Тл и стеклотекстолитовый объём калориметра. Размеры рабочей зоны с однородностью магнитных полей диполя и соленоида не менее 2,5 % составляют 0 40x400 мм. Образец размещается внутри калориметра в центре рабочей зоны перпендикулярно магнитному полю диполя. На образце располагается измерительная, а в зоне удалённой от образца (на внешней поверхности диполя, например) компенсационная катушки для проведения измерений электромагнитным методом. В рабочем состоянии объём калориметра с образцом заполнен жидким гелием.

Отличительные особенности методики:

- одновременное измерение потерь энергии электромагнитным и калориметрическим способами. При этом чувствительность калориметрической схемы даёт возможность проводить измерения не только при длительных периодических процессах, но и при однократном изменении внешнего магнитного поля по треугольному или трапецеидальному закону (0 -> 4 Тл -» 0);

- возможность изменения направления испытательного магнитного поля с помощью совместной работы диполя и сверхпроводящего соленоида;

- использование на выходе калориметра специально разработанного поплавкового ротаметра с электронным устройством считывания положения поплавка;

- использование нагревателя, расположенного в объёме калориметра для создания потока газа, обеспечивающего начальное положение поплавка ротаметра;

- использование специально разработанных дипольных и круговых измерительных катушек для измерения петель намагниченности;

- - возможность использования методики, использующей синусоидальные колебания испытательного поля малой амплитуды (~ 0,2 Тл), для дополнительной верификации результатов измерений.

Калориметрический метод, используемый в установке, реализован путём интегрирования по времени г расходной характеристики потока газа,

образующегося в объёме калориметра из жидкой фазы в результате тепловыделений в исследуемом образце. Расход (7-С0 измеряется ротаметром с электронным устройством считывания положения поплавка. Опорный поток газа с расходом О0, который соответствует нижней границе рабочего диапазона ротаметра, создаётся резистивным нагревателем с сопротивлением Янагр, расположенным в объёме калориметра. Полученное интегральное значение Же =\(С-Сц)с11 пропорционально потерям энергии (), выделяющимся в образце. Связь между Т¥с н () устанавливается калибровочной функцией 0= коэффициенты <?с и днв(Во) которой определяются в ходе

калибровки калориметрической схемы подачей одиночных прямоугольных импульсов напряжения различной амплитуды (АС/^) на вышеупомянутый резистивный нагреватель. Калибровочное значение энергии в импульсе

аи2 +2-и ли ,,

с нагр оп нагр ^ где 1/оя - постоянное напряжение, подаваемое на

нагр

нагреватель для создания опорного потока газа.

Электромагнитный метод, использованный в данной установке, основан на измерении и интегрировании за время t сигналов Vm от измерительной и Vk от компенсирующей катушек с тем, чтобы получить зависимость петель относительной намагниченности образца M"=\(Vm-kkViJdt от амплитуды тока в дипольном магните I, где h=const - коэффициент компенсации. Площадь такой

петли f = $ M dl пропорциональна реальным потерям энергии в образце

Q = jM dH , где Я - напряжённость внешнего магнитного поля; М- реальная намагниченность образца. Связь между WskQ устанавливается калибровочной функцией qsWs+qHÀBo\ коэффициенты qs и qdßo) которой определяются либо расчётным путём, либо соотнесением с результатами калориметрических измерений, проводимых одновременно с электромагнитными в одном и том же цикле изменения внешнего магнитного поля.

Таким образом, после калибровок оба метода обеспечивают измерение потерь энергии непосредственно в джоулях. При этом калибровки могут быть повторены в любой момент времени проведения измерений.

Чувствительность калориметрической схемы составляет «5 мДж. Значения ниже данного уровня измеряются только электромагнитным методом, чувствительность которого составляет »1 мДж. Относительная погрешность измерений не превышает 5% во всём диапазоне измерений.

Результаты измерений обычно приводятся к количеству циклов и объёму использованных в проводе стрендов и представляются в виде суммы Q[Mdk/cm3]=Qh+Qc , где Qh - гистерезисные и Qc кооперативные потери обычно описываются выражениями: QH=(2/3n)ds/iCÎJc-dB и Qc^Mo'i(Bf пт-dt, где: dsc, fx - номинальный диаметр сверхпроводящих филаментов и коэффициент заполнения ими стренд обмоточного сверхпроводника; щ -магнитная проницаемость вакуума; Jc - эффективная плотность токов, наводимых в образце; В'- скорость изменения индукции испытательного поля; и г-коэффициент пропорциональности («эффективная» постоянная времени затухания кооперативных токов).

Методика и установка были проверены в рамках сравнительных испытаний по проекту ИТЭР с участием аналогичных установок, созданных в MIT (США),

СЕА (Франция), JAERJ (Япония), Twente Unuversity (Голландия). Все установки, кроме российской, использовали только калориметрический метод в различных вариантах. В качестве эталонного образца были использованы отрезки ниобий-оловянного провода типа «кабель-в-оболочке» длиной 320 мм или 480 мм. Результаты (рис. 1.) были представлены в терминах ()[мДж/cm3J-Qjj+Qc и п т. Для данного диапазона измерений потерь энергии относительная погрешность не превысила 2%, поэтому планки погрешностей на трафике сливаются с измерительными точками.

16|-,-,-1--г- • ->--,-,.......

Рис. 1. Результаты сравнительных испытаний измерительных установок.

По результатам испытаний только методики и реализующие их установки НИИЭФА и Twente Unuversity были сертифицированы и допущены для измерений коротких образцов обмоточных сверхпроводников ЭМС ИТЭР.

Среди многочисленных применений разработанной методики следует упомянуть измерение потерь энергии в коротких образцах ниобий-титанового обмоточного сверхпроводника для 100 МДж накопителя фирмы BWXT (США). Особенностью данной работы стала необходимость прямого моделирования температурных режимов провода, для имитации которых была разработана и реализована в оборудовании методика оперативного регулирования и стабилизации на заданных уровнях температуры исследуемого образца.

в 0.1 0,2 (U М •.« »J 0,8 0,9

Скорого тмеясяля поля, Тл/с

1.1

В экспериментальной физике низких температур широко используются установки для термостабилизации образцов за счёт теплового контакта с элементами установки, обладающими значительной теплоёмкой массой (например, с массивными медными блоками). При испытаниях образцов обмоточных сверхпроводников встают иные задачи:

1) Моделирование термодинамических условий провода в реальных обмотках, включая имитацию динамических процессов теплообмена образца с конструкционными и охлаждающими элементами обмотки. В частности, для проводов типа «кабель-в-оболочке» важно обеспечить оперативное регулирование и стабилизацию на заданных уровнях температуры хладагента в охлаждающем канале исследуемого участка образца. Диапазон регулирования -4,2-30 К для низкотемпературных сверхпроводников и 4,2-120 К для высокотемпературных.

2) Теплоизоляция от жидкого гелия и регулирование температуры исследуемого участка образца для случаев, когда требуется обеспечить пропускание испытательного тока и размещение образца в испытательном магнитном поле с помощью токоподводов, контактных соединений с образцом и сверхпроводящих магнитов, охлаждаемых погружением в жидкий гелий.

Отличительная особенность разработанной методики и реализующей её аппаратуры - применение нагревателей и системы автоматического управления их мощностью. Основные методические подходы были отработаны при создании описываемой в диссертации установки для калибровки криогенных термометров сопротивления типа ТВО-0,125, используемых, например, в КВПТО.

Рис. 2. Образец, оборудованный теплоизоляционным кожухом.

Рис 2 поясняет принцип использования негерметичного теплоизоляционного кожуха и резистивньтх нагревателей для «активной» теплоизоляции от жидкого гелия, регулирования и стабилизации температуры образца провода сверхпроводящего индуктивного накопителя энергоёмкостью 100 МДж, изготавливаемого американской фирмой В\\ГХТ. По условиям испытаний образец должен бьн охлаждаться однофазным гелием.

При подаче мощности на резистивный нагреватель, расположенный между кожухом и образцом, жидкий гелий испаряется, образуя дополнительную газовую «теплоизоляцию», температура которой может регулироваться в зависимости от требований к условиям испытаний. Второй резистивный нагреватель, расположенный на входе в охлаждающий канал, регулирует температуру потока однофазного гелия в диапазоне 4,5 - 30 К. Управление работой нагревателей производится автоматическим стабилизатором температуры по показаниям термометров, расположенных на проводе и в потоке однофазного гелия. Охлаждение образца в процессе регулирования происходит за счёт теплопроводности через медные наконечники проводов, находящихся в жидком гелии.

Результаты эксплуатации показали возможность быстрого регулирования температуры образца в диапазоне 4,26- 120 К. Неоднородность температуры по длине исследуемого участка обмот очною сверхпроводника составила 0,1 К в диапазоне 4,26-9 К и 0,05 К в диапазоне 9-120 К. Недостатком системы явчяется относительно низкая (~ 0,2 К), но достаточная для целей эксперимента точность стабилизации температуры на определённом уровне, связанная с теплофизическими свойствами гелия и ограничениями автоматизированной системы регулирования.

Разработанный подход к регулированию температуры провода, охлаждаемого потоком однофазного гелия, был использован в ходе испытаний КВПТО,

Вторая глава диссертации посвящена разработке программы и проведению испытаний КВПТО ИТЭР в составе МКЦС на международном стенде МЕЮ (Нака, Япония).

На стадии технического проекта (Engineering Design Activity -EDA), начиная с 1993 г., перед разработчиками ИТЭР встала задача экспериментальной проверки на полномасштабных прототипах и моделях обмоточных проводников и технологий, необходимых для создания ЭМС ИТЭР. С этой целью в России, США, Японии и Европейском сообществе были развернуты работы по сооружению и испытаниям модельных катушек, выбранный масштаб которых являлся минимально необходимым для испытаний проводников ИТЭР в условиях, соответствующих напряженно-деформированному состоянию, электромагнитным и термогидравлическим режимам работы в магнитной системе ИТЭР.

Изготовленная в России КВПТО представляла собой однослойный соленоид (рис. 3), предназначенный для испытаний в МКЦС полномасштабного ниобий-оловянно: о провода тороидальной обмотки ИТЭР в рабочих условиях (46 кА в магнитном поле 13 Тл), соответствующих зоне максимальною поля, расположенной в области внутренней опоры тороидальных катушек ИТЭР.

КВПТО была создана кооперацией отечественных предприятий во главе с ФГУП НИИЭФА им. Д.В.Ефремова, который выполнил разработку конструкции, термообработку, окончательную сборку и доставку КВПТО в JAERI (Япония).

Разработку и изготовление ниобий-оловянных стрендов, а также разработку регламента термообработки провода КВПТО обеспечил ФГУП ВНИИНМ им. Академика A.A. Бочвара, Москва. Разработка технологии, изготовление и намотка в спираль 43-метрового провода КВПТО типа «кабель в оболочке» была выполнена ОАО ВНИИКП, Москва. Силовой каркас КВПТО изготовлен в АО «Ижорские заводы», Санкт-Петербург.

Рис. 3. Установка КВПТО в МКЦС.

Программа испытаний КВПТО разрабатывалась как часть Программы испытаний МКЦС ИТЭР До момента начала первых испытаний на стенде МЕИ с 1996 по 2000 год было выпущено пять последовательно развивающихся версий программы, охватывающих все аспекты предстоящих испытаний.

Разработанная в рамках программы испытаний схема диагностики КВПТО была нацелена на исследование токонесущей способности провода путём измерения переходных вольт-амперных (ВАХ) и вольт-температурных характеристик (ВТХ) при постоянной величине внешнего магнитного поля

В отличие от МКЦС и других модельных катушек ИТЭР, практически не имевших диагностики на отдельных витках обмогок из-за на порядок более высоких (10 кВ против 1 кВ) требований к витковой высоковольтной изоляции, схема диагностики КВПТО содержала набор датчиков, расположенных по длине провода КВПТО на поверхности титановой оболочки. В состав диагностики входили термометры сопротивления на основе углеродной композиции типа ТВО-0,125, потенциальные концы, круговые измерительные катушки, а также индукционный и омический нагреватели.

Разработанная методика установки термометров типа ТВО-О.125 предусматривала размещение датчиков на первом полиимидном слое изоляции провода КВПТО толщиной 0,25 мм. Последующие слои из стеклолепты, пропитанные компаундом горячего отверждения, обеспечивали механическое крепление и защиту термометров от электрического напряжения до 1кВ. Аналогичным способом была осуществлена установка остальной диагностики.

В общей сложности пять витков обмотки КВПТО были оснащены термометрами и потенциальными концами, что дало возможность проводить сравнительный анализ ВАХ и ВТХ различных участков провода КВПТО.

термометрами, установленными, например, на внешней поверхности оболочки провода, требует большого количества датчиков и отличается временной задержкой, снижающей эффективность системы обнаружения Поэтому для КВПТО была разработана методика измерения распределения температуры по длине кабельной скрутки, основанная на применении оптоволоконного кабеля, расположенного непосредственно в канале охлаждения провода Конструкция кабеля приведена на рис. 4-а.

Дойна 1.= 2 +1ы

Рис. 4-а. Конструкция и общий вид оптоволоконного датчика температуры, предназначенного для размещения в канале охлаждения

Два набора по восемь интегральных оптоволоконных температурных датчиков объединены общей двухслойной оплёткой из кевлара и нержавеющей стали, обеспечивающей необходимую механическую прочность. В качестве элемента, чувствительного к изменению температуры, используется специально разработанный эрбиевый волоконный световод в полимерной оболочке. Предварительные исследования показали, что на длине волны 1542 нм для таких световодов наблюдается максимум оптических потерь, зависимость которого от температуры в диапазоне 4,2 - 30 К показана на рис. 4-6. При этом данная характеристика практически не зависит от магнитного поля, механических нагрузок, давления в канале охлаждения и других факторов, что увеличивает эффективность системы в целом.

Температурные датчики, состоящие из чувствительного эрбиевого световода длиной 14 или 43 м и двух концевых транспортных световодов, расположены в порядке, перекрывающем длину провода КВПТО (рис. 4-6).

Вое роиеры ■ метрах

J 10 15 * *

Тгмаг|Ш)|м К

Рис. 4-6. Температурная зависимость оптических потерь и расположение в кабеле чувствительных эрбиевых световодов.

Помимо самого датчика были разработаны конструкция герметичного ввода оптоволоконного датчика из канала охлаждения КВПТО и 8-канальная автоматизированная система сбора и обработки информации. Результаты испытаний, проведённые с использованием модельного провода типа «кабель-в-оболочке», показали, что абсолютная погрешность измерения температуры с использованием эрбиевых световодов составляет 0,3 К в диапазоне 4,2 -12 К и 0,1 К в диапазоне 12-30 К. Время реакции на изменение температуры хладагента < 5 мс.

По ряду обстоятельств, включая повышенные требования японских котлонадзорных организаций к герметичным узлам ввода/вывода оптоволоконного кабеля, разработанная методика и система измерения распределения температуры по длине канала охлаждения провода КВПТО с целью обнаружения перехода обмоточного сверхпроводника в резистивное состояние, были исключены из состава диагностики КВПТО. Тем не менее результаты модельных испытаний, проведённых совместно НИИЭФА и ИОФ РАН (Москва), позволили рекомендовать разработанную систему для обнаружения перехода в резистивное состояние CMC, обмоточные сверхпроводники которых имеют низкоомные оболочки или массивную медную стабилизирующую подложку, которые затрудняют обнаружение перехода с помощью компенсационных схем измерения напряжений участков обмотки.

Для измерения технических характеристик обмоточного сверхпроводника КВПТО был разработан ряд методик, вошедших в Программу испытаний: 1) Методика испытаний КВПТО на максимальные рабочие параметры. Методика предусматривала создание для проводника КВПТО условий испытаний по магнитному полю (13 Тл) и продольной деформации (0,25%), соответствующих наиболее напряжённым условиям работы обмоточного сверхпроводника тороидальной обмотки ИТЭР (рис. 5).

Рабочие токи МКЦС 45,2 кА и КВПТО 46 кА были выбраны как обеспечивающие максимальное магнитное поле 13 Тл на среднем витке спирали в ближней к центру части поперечного сечения провода КВПТО.

Центр КВГГГО

Вшах=шах[Бмкцс + Вквпто]

Провод КВГГГО

Вмкцс ■

Вмкдс

12,4 Тл

Вквпто С^Ь

Вквпто

В1ШК=13Тл

12.4 Тл

'|/ Выкцс'| £ шах к). о

0.24° о

| Впткп спнралп КВПТО |

Т'#_0 2 тш_03 ТУ/_04 ТУ/_0> ТИ?_0$

Выход гелия

Вход гелпя

Кабельная скрутка

Титановый кожгах

Рис. 5. Результаты расчётов распределения суммарного магнитного поля и деформации по длине и поперечному сечению провода КВПТО.

Методика предусматривала ряд предварительных заведений токов 10,20,30 и 40 кА в КВПТО и МКЦС, после которых были выполнены основные испытания , в результате которых были получены следующие результаты:

- Проектный ток 46 кА в магнитном поле 13 Тл был достигнут с первой попытки без какой-либо деградации или тренировки (рис. 6).

-Сопротивления контактных соединений КВПТО - менее 1,1 нОм для верхнего и 0,6 нОм для нижнего контактов - оказались ниже испытанных ранее сопротивлений контактных соединений МКЦС (< 1,8 нОм) и значения 4,7 нОм, предусмотренного нормами ИТЭР.

2) Методика измерения гидравлических характеристик провода КВПТО Для измерения гидравлических характеристик провода КВПТО были использованы термометры, датчики давления и расходомеры, установленные на входе и выходе КВПТО, а также дифференциальный датчик давления, измерявший разницу давлений между входом и выходом. Входные температуры и давление поддерживались на уровне 4,5 К и 0,6 бар соответственно. Расход хладагента регулировался криогенным оборудованием стенда МЕЯ! в диапазоне 4-25 г/с.

0,0160

0,0020

20000 21000 2200Э 23000 24000 25000 26000 27000 28000 29000 Э0000 Время, с»

Рис. 6. Временные зависимости токов МКЦС и КВПТО, а также изменение перепада давления между входом и выходом охлаждающего канала КВПТО во время испытаний на номинальный ток.

3) Методика измерения гидравлических характеристик провода КВШ'О

Для измерения гидравлических характеристик провода КВПТО были использованы термометры, датчики давления и расходомеры, установленные на входе и выходе КВПТО, а также дифференциальный датчик давления, измерявший разницу давлений между входом и выходом. Входные температуры и давление поддерживались на уровне 4,5 К и 0,6 бар соответственно. Расход хладагента регулировался криогенным оборудованием стенда 1АЕШ в диапазоне 4-25 г/с.

Методика предусматривала измерение зависимостей перепада давления между входом и выходом провода КВПТО от входного и выходного расхода до и после токовых испытаний (электромагнитного нагружения) провода КВПТО.

В результате измерений обнаружено изменение гидравлических свойств провода КВПТО. Перепад давления (рис. 7) изменился от начала к концу испытаний примерно на 6-10%. Возможная причина - изменение поперечного сечения кабельной скрутки вследствие электромагнитных нагрузок. Об этом же говорит динамическое изменение перепада давления во время испытаний КВПТО на номинальный ток (рис. 6).

Массовый расход, г/с

Рис. 7. Зависимость перепада давления между входом и выходом КВПТО от массового расхода хладагента до и после токовых испытаний

4) Методика измерения токонесущей способности провода КВПТО (измерение температуры деления тока Tes и критического тока 1с)

Исследования токонесущей способности провода КВПТО были проведены посредством снятия переходных ВАХ или ВТХ характеристик в квазистационарных условиях, то есть при постоянной величине внешнего магнитного поля МКЦС и постоянных (или медленно меняющихся) значениях рабочего тока и температуры провода КВПТО.

Методика предусматривала измерение Tes путём медленного (2 К/час) увеличения температуры закритического гелия в канале охлаждения провода КВПТО, несущего постоянный ток.

Измерение 1с предполагалось проводить путём медленного (10 А/с) увеличения тока при постоянной входной температуре закритического гелия в канале охлаждения провода КВПТО.

В целях дальнейшего сравнительного анализа режимы испытаний были

определены по условиям испытаний образцов исходных ниобий-оловянных стрендов.

В ходе испытаний КВПТО было проведено четырнадцать измерений Tes и одно измерение 1с в режимах с магнитным полем 0; 5; 11,4 и 12 Тл и током КВПТО 0,6; 17,4-17,6 и 46 кА. Значения Tes и 1с определялись на уровнях напряжений по длине провода КВПТО Ес=0,1; 0,3 и 0,5 мкВ/см и магнитного поля, соответствующего исследуемому витку КВПТО. Дополнительно значения n-фактора и ш-фактора вычислялись из соответствующих переходных ВАХ,

описываемых известными выражениями Е = Щ —

и Е = Ecf—

. Для примера

на рис. 8 приведены результаты измерения Tes витков КВПТО, несущих ток 17,6-17,7 кА в поле 11,4Тл.

-А- КВПГО <Е=ОД I

д КВПТО (ï-0 M

: —•_квпто

Рис. 8. Результаты измерения Tcs провода различных витков КВПТО с током 17,6-17,7 кА в поле 11,4 Тл. Для сравнения приведены значения Tcs КВПТО, рассчитанные по критическим характеристикам исходного стренда #94 с использованием формулы Саммерса*. Коэффициенты Вс2от; Тсот; Со, использованные для расчёта, были определены производителем стрендов -ФГУП ВНИИНМ им. А.А. Бочвара.

* - L.T. Summers, М. Guinan et al, A Model for the Prediction of Nb3Sn Critical Current as a Function of Field, Temperature and Radiation Damage//IEEE Transitions on Magnetics, 27(2), March 1991,204

Как и в МКЦС, во всех режимах испытаний КВГТТО измеренные значения температуры деления тока Tes провода оказалась ниже Tes, определённого из характеристик исходного стренда #94 (Рис. 8). Также более чем в два раза снизился так называемый п-фактор (с 16-17 до 7-8).

5) Методика циклических испытаний КВПТО

Исследования влияние циклических электромагнитных нагрузок на поведение обмоточного сверхпроводника КВПТО предусматривали две серии из 1000 зарядов/разрядов при постоянном внешнем поле МКЦС 12 Тл и токах 14 кА и 36 кА, заводимых в КВПТО со скоростью 300 кА/с. По завершению испытаний характеристики провода, включая Tes, практически не изменились.

Третья глава диссертации посвящена разработке и применению методик послеиспытательного контроля в сопоставлении с результатами её испытаний на стенде JAERI.

Послеиспытательный контроль был проведён в НИИЭФА после возврата КВПТО из JAERI (Япония) с целью проверки состояния основных элементов конструкции КВПТО и выявления причин снижения критических характеристик обмоточного сверхпроводника.

На первом этапе с помощью методов неразрушающего контроля. включающих радиационную интроскопию, радиографический контроль, цветную дефектоскопию и ультразвуковой контроль, была подтверждена целостность и соответствие техническим спецификациям основных конструктивных элементов КВПТО (провод и изотаци* обмотки, силовой каркас, контактные наконечники и т.д.).

Следующим этапом была произведена последовательная разборка КВПТО, включая резку обмотки на секции, извлечение элементов кабельной скрутки и подготовку поперечных сечений провода КВПТО. С целью фиксации состояния кабельной скрутки внутри титановой оболочки, разрезаемый участок провода КВПТО предварительно заполнялся эпоксидным компаундом, подаваемым самотёком через отверстия в титановой оболочке. Полученные после резки эпоксидированные поперечные сечения провода КВПТО полировались с целью выявления структуры кабельной скрутки и фотографировались цифровым аппаратом с высоким разрешением. Специально разработанное программное

обеспечение позволило провести анализ поперечных сечений провода КВПТО в терминах свободного пространства между оболочкой и внутренней спиралью провода КВПТО (перевод английского термина «void fraction»). В ходе послеиспытательного контроля были обнаружены:

- Многочисленные визуально наблюдаемые механические повреждения стрендов, произведённые краями спирали охлаждающего канала КВПТО (рис. 9). Среднее количество механических повреждений стрендов составило примерно 250 дефектов на метр длины каждого субкабеля. В сумме каждый метр длины провода КВПТО содержал примерно 1500 дефектов, способных повлиять на критические характеристики стрендов.

- Изменение структуры кабельной скругки под оболочкой провода КВПТО Кабельные скрутки с 3-го по 7-й витков КВПТО оказались деформированными в сторону силового каркаса, в то время как скрутка 8-го крайнего витка практически не претерпела изменений (рис. 10).

Данный факт не может быть объяснён различием в величине радиальных (в сторону силового каркаса) электромагнитных сил, поскольку величина магнитной индукции для данных витков была практически одинаковой (12,8 и 12,35 Тл соответственно). В качестве объяснения было принят предположение о влиянии на стренды окружных напряжений, более чем в 2 раза различающихся для 8-го и 3-по-7-го витков.

Обнаруженные факты хорошо согласуются с данными об изменении гидравлических и сверхпроводящих характеристик провода КВПТО, приведёнными в главе 2.

Рис. 9 Увеличенное изображение

продольного сечения провода КВПТО, содержащее дефекты, произведённые спиралью охлаждающего капала.

В заключении формулируются основные итоги работы: - Созданы методическое и аппаратное обеспечение криогенного стенда для исследования образцов обмоточных проводников крупных CMC, включая ЭМС ИТЭР. Установка для измерения потерь энергии была сертифицированы без замечаний в рамках проекта ИТЭР. Методика регулирования температуры может быть применена для испытаний образцов высокотемпературных сверх проводи иков.

Виток J, Виток 4 Виток?, Виток б Виток 7 Виток 8

VF=32V. \Т=34% \Т=32% \Т=32% \Т=Л% \Т=31,?%

\Т - "Void Fraction", часть (в •/•) поперечного сечения мелсзл оболочкой ■I спиралью провода КВПТО, незаполненная стрендамн

Д VF - разница в значениях незаполненной площади между половинам» провода КВПТО л словно разделённых границей силового каркаса Верхняя половина разрежена, нижняя сжата

Рис. 10. Результаты анализа поперечных сечений провода КВПТО.

-Разработана и реализована на практике Программа испытаний КВПТО ИТЭР в составе МКЦС на международном испытательном стенде JAERI. Результаты испытаний:

• показали полное соответствие обмоточного сверхпроводника и контактов КВПТО техническим спецификациям ИТЭР;

• подтвердили на практике применимость методик для диагностирования крупномасштабных обмоток CMC, включая ЭМС ИТЭР;

• - выявили неизвестные ранее факторы, которые необходимо учитывать при проектировании сверхпроводящих проводов типа «кабель-в-оболочке»:

- Разработаны и реализованы на практике методики послеиспытательного контроля состояния основных элементов конструкции КВПТО. Методика

исследования поперечных сечений обмоточных проводников, включая специально разработанное программное обеспечение для определения свободного пространства («void fraction») кабельной скрутки, может быть рекомендована для исследования образцов обмоточных сверхпроводников крупных сверхпроводящих магнитных систем, прошедших испытания.

Решенные в диссертации задачи имеют существенное значение для развития техники и технологии сверхпроводящих магнитных систем термоядерных энергетических установок. Полученные результаты испытаний КВПТО были использованы при составлении новых проектных спецификаций на стренды и сверхпроводящие провода ЭМС ИТЭР.

Список публикаций по теме диссертации

1. Желамский М.В., Родин И.Ю. Автоматизированная криогенная установка с регулируемой температурой//Препринт НИИЭФА П-Б-0786. - М.: ЦНИИатоминформ, 1989, с. 10.

2. Архипов A.B., Желамский М.В., Ланцетов A.A., Родин И.Ю., Семёнов О.В., Суханова М.В., Тиранов М.Л., Трохачёв Г.В., Чвартацкий Р.В., Шахов М.В., Шендеровский С.П. Диагностика механического состояния установок типа "Токамак".//В кн.: Тезисы докладов пятой всесоюзной конференции по инженерным проблемам термоядерных реакторов. Ленинград, СССР, 10-12 Октября 1990, с. 83-84.

3. Афанасьев С.Н., Желамский М.В., Климченко А.Л., Родин И.Ю., Трохачёв Г.В. Исследование нестационарной теплопередачи в моделях сверхпроводящего провода с цикуляционным охлаждением. // В кн.: Тезисы докладов пятой всесоюзной конференции по инженерным проблемам термоядерных реакторов. Ленинград, СССР, 10-12 Октября 1990, с. 107-108.

4. Афанасьев С.Н., Желамский М.В., Родин И.Ю., Трохачёв Г.В. Экспериментальное исследование магнитосопротивления металлов в широком диапазоне температур. // В кн.: Тезисы докладов пятой всесоюзной конференции по инженерным проблемам термоядерных реакторов. Ленинград, СССР, 10-12 Октября 1990, с. 113-114.

5. Bursikov A.S., Zhelamsky M.V., Lancetov A.A., LebedevA.A., Rodin I.Yu., Trokhachev G.V., Yakubovsky V.G. Test Facility for Investigations of High-current Superconductor Samples//IEEE Transactions on Magnetics, 1992, vol.28, No 1, pp. 609-612.

6. Желамский M.B., Ланцетов A.A., Лебедев A.A., Родин И.Ю. Экспериментальное исследование потерь энергии и эффективной постоянной времени в образцах сильноточного кабеля // В кн.: Тезисы докладов шестой всероссийской конференции по инженерным проблемам термоядерных реакторов. Санкт-Петербург, 27-29 Мая 1997, с. 98.

7. Желамский М.В., Ланцетов A.A., Лебедев A.A., Родин И.Ю. Прогресс в развитии датчиков и методик для диагностики сверхпроводящих магнитов //В кн.: Тезисы докладов шестой всероссийской конференции по инженерным проблемам термоядерных реакторов. Санкт-Петербург, 27-29 Мая 1997, с. 99.

8. Filatov О., BelyakovV., MuratovV., Egorov.S., Bondarchouk Е., AkopianD., Malkov A., Konstantinov Yu., Sokolov Yu, Yakubovsky V, Krasnov S., Cherdakov A., Spirchenko Yu., K., Chvartatscky R., Gavrilov S., Vasiliev V., Shatil N., Zhelamsky M., Korsunsky V., Kuchinsky V., Mikhailov M., Gurieva Т., Chaika P., Astrov M., Fedotova S., Egorova V., Rodin I., Dinaburg L., Dubasov V., Marshev V. TF conductor insert coil for testing in the ITER central solenoid model coil//В кн.: Тезисы докладов шестой всероссийской конференции по инженерным проблемам термоядерных реакторов. Санкт-Петербург, 27-29 Мая 1997, с. 104

9. Астров М.С., Бондаренко В.И., Бондарчук Э.Н., Васильев В.Н., Егоров К.Э., Егоров С.А., Егорова В.И., Коршаков В.В., МалковА.А., МаршевВ.С., Михайлов М.А., Родин И.Ю., Федотова С.Б., Филатов В.В., Чердаков А.К., Шатиль H.A. Расчеты и конструкция дополнительных обмоток для генерации испытательного импульсного магнитного поля при измерении потерь энергии в модельной катушке-вставке с проводником тороидальной обмотки установки ИТЭР//В кн.: Тезисы докладов шестой всероссийской конференции по инженерным проблемам термоядерных реакторов. Санкт-Петербург, 27-29 Мая 1997, с. 105

10. Lancetov A., LebedevA., Rodin I., Trokhachev G., ZhelamskijM. An Experimental Investigation of the AC losses in high-current strands and cables // Plasma Devices and Operations, 1998, Vol. 6, pp. 345-352.

11.EgorovS., Lancetov A., LebedevA., Rodin I., Trokhachev G., ZhelamskijM. Experimental investigation of AC losses and effective time constant in the high current cables // Physica C: Superconductivity, Vol. 310, Issues 1-4, Dec. 1998, P. 277-282.

12. Акопян Д.Г., БайкинДЛ., Беляков B.A., БендерС.В., Егоров С.А., * Васильев С.А., Корецкий А.Ю., Родин И.Ю., Курков А.С., Васильев С.А.,

Медведков О.И. Разработка датчиков состояния сверхпроводящих магнитных . систем на основе волоконной оптики // Препринт НИИЭФА П-0959. - М.:

ЦНИИатоминформ, 1998, с. 20

13. Glukhikh V., Filatov О., V.A.Belykov V., EgorovS.A., KorsunskyV., Rodin I., Cryogenic Test Facility of the D.V. Efremov Institute//IEEE Transactions on Applied superconductivity, March 2000, vol.10 Nol, P. 1564-1567

14. Sytnikov V., CheverevN., Egorov S., Filatov O., GavrilovS., MalkovA., Rodin I., Rychagov A.; Shikov A., Shpeizman V., Suhanova A.; Taran A. The production of the superconducting conductor for the TFCI // IEEE transactions on applied superconductivity March 2002, vol.12 No. 1 P. 1207-1210.

15. CheverevN., Glukhikh V., Filatov O.; BelykovV., MuratovV., Egorov S., Rodin I., Malkov A., Sukhanova M., Gavrilov S., Krylov V., Mudugin В., Bondarchouk N., Yakubovsky V, Cherdakov A., Mikhailov M„ Konstantinov Yu., Sokolov Yu., Yakovleva G., Peregudov S., Chaika P., Sytnikov V., Rychagov A.,

i Taran A., Shikov A., PantcyrnyV., VorobievaA., DergunovaE., Abdukhanov I.,

MareevK., GrysnovN. ITER TF conductor insert coil manufacturing // IEEE transactions on applied superconductivity March 2002, vol.12, No.l P. 548-553.

16. Abdioukhanov I., BelyakovV., CheverevN., DergunovaE., FialtovO., Kouznetsov S., Mareev V., Pantsyrnyi V., Rodin I. The development of ITER TF model coil heat treatment conditions // IEEE transactions on applied superconductivity March 2002, vol.12, No. 1, pp. 1105-1108.

17. Martovetsky N., TakayasuM., MinerviniJ., IsonoT., SugimotoM., KatoT., Kawano K., Koizumi N., NakajimaN., Nunoya Y., Okuno K., Tsuji H., Oshikiri M., Mitchel N., Takahashi Y., Egorov S., Rodin I., Zapretilina E., Zanino R., Savoldi L., AraiK., NinomiyaA., TaranA., VorobievaA., MareevK. Test of the ITER TF Insert and Central Solenoid Model Coil // IEEE Transactions on Applied superconductivity, June 2003, Vol. 13, No 2, pp. 1441-1446

18. Egorov S., Rodin I., LancetovA., Bursikov A., AstrovM., FedotovaS., Weber Ch., Kaugerts J. AC loss and interstrand resistance measurement for NbTi cable-in-conduit conductor // IEEE transactions on Applied superconductivity, March 2002, vol.12 No.l pp. 1607-1611.

19. Egorov S., Rodin I., Lancetov A., Astrov M., Fedotova S. Energy loss measurements in the CICC short samples and model coil // IEEE Transactions on Applied superconductivity, June 2003,Vol. 13, No 2, pp. 2396-2399

20.NinomioyaA., AraiK., TakanoK., IshigohkaT., KaihoK., NakajimaH., Tsuji H., Okuno K., Martovetsky N., Rodin I. Diagnosis of ITER'S Large Scale Superconducting Coils using Acoustic Emission Techniques // IEEE Transactions on Applied superconductivity, June 2003,Vol. 13, No 2, pp. 1408-1411.

23. Глухих B.A., Филатов О.Г., Беляков B.A., Егоров С.А., Малков А.А., Родин И.Ю., Суханова М.В., Гаврилов С.В., Крылов В.А., Мудьюгин Б.Г., Бондарчук Э.Н., Якубовский В.Г., Чердаков А.К., Михайлов М.А., Константинов Ю.А., Соколов Ю.А., Яковлева Г.И., Яковлева С.И., Перегудов В.Г., Чайка П.Ю., Чеверев Н.С., Сытников В.Е., Рычагов А.В., Таран А.В., Шиков А.К., Панцирный В.И., Воробьёва А.Е., Козленкова Н.И., Дергунова Е.А., Абдюханов И.М., Мареев К.А., Силаев А.И., ГрязновН.С., Martovetsky N., Takayasu М., Minervini J., Isono Т., Sugimoto M., Kato Т., Kawano К., Koizumi N., Nakajima H., Nunoya Y., Okuno K., Tsuji H., Oshikiri M., Mitchel N., Takachashi Y., Zanino R., Savoldi L. Изготовление и результаты испытаний катушки-вставки с проводником тороидальной обмотки (КВПТО) ИТЭР // В кн.: Тезисы докладов седьмой международной конференции по инженерным проблемам термоядерных реакторов, Санкт-Петербург, 28-31 Октября 2003, с. 98-100

22. Акопян Д.Г., Бендер С.В., Егоров С.А., Корецкий А.Ю., Родин И.Ю.,

Разработка и исследование оптоволоконного датчика состояния сверхпроводящих магнитных систем//Препринт П-0986. СПб.: ФГУП «НИИЭФА им. Д.В. Ефремова», 2004, с. 9.

23. Чеверев Н.С., Глухих В.А., Филатов О.Г., Беляков В.А., Егоров С.А., Родин И.Ю., Корсунский В.Е., Астров М.С., Запретилина Е.Р., Ланцетов A.A., Малков A.A., Суханова М.В., Гаврилов C.B., Крылов В.А., Мудьюгин Б.Г., Бондарчук Э.Н., Чайка П.Ю., Якубовский В.Г., Чердаков А.К., Михайлов М.А., Константинов Ю.А., Соколов Ю.А., Яковлева Г.И., Яковлева С.И., Перегудов В.Г., Сытников В.Е., Рычагов A.B., Таран A.B., Шиков А.К., Панцирный В.И., Воробьёва А.Е., Козленкова Н.И., Дергунова Е.А., Абдюханов И.М., Мареев К.А., Грязное Н.С. Изготовление и результаты испытаний катушки-вставки с проводником тороидальной обмотки (КВПТО) ИТЭР//ВАНТ, Сер. Электрофизическая аппаратура. Спб.: «Профессионал», 2004. Вып. 2(28) С. 3-7

24. Астров М.С., Егоров С.А., Запретилина Е.Р., Ланцетов A.A., Родин И.Ю. Анализ результатов испытаний модельной катушки-вставки с проводником тороидальной обмотки (КВПТО) ИТЭР // В кн.: Тезисы докладов седьмой международной конференции по инженерным проблемам термоядерных реакторов, Санкт-Петербург, 28-31 Октября 2003, с. 101

25. Гурьева Т.М., Пронякин В.Т., Гиниятулин Р.Н., Родин И.Ю., Применение методов неразрушающего контроля при изготовлении элементов ИТЭР//ВАНТ, Сер. Электрофизическая аппаратура. СПб.: «Профессионал», 2004. Вып. 2(28) С. 84-93

Заказ № 39 Подписано в печать 26.05.2005 г. Формат 60X90/16. Уч. - изд. л. 1.4. Тираж 100 экз. Отпечатано в «ФГУП НИИЭФА им. Д.В. Ефремова»

»13068

РНБ Русский фонд

2006^4 9110

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата технических наук, Родин, Игорь Юрьевич

Введение

1. Глава 1. Методическое и аппаратное обеспечение экспериментальных исследований обмоточных сверхпроводников, используемых при создании CMC. 29 Введение к главе

1.1. Установка для измерения потерь энергии в изменяющемся магнитном поле в коротких образцах обмоточных сверхпроводников без транспортного тока

1.2. Методики и аппаратура для оперативного регулирования температуры объектов в криогенном диапазоне температур

1.2.1. Автоматизированная криогенная установка с регулируемой температурой

1.2.2. Короткое послесловие к п. 1.2.

1.2.3. Система регулирования температуры образца типа «кабель-в-оболочке» с циркуляционным охлаждением

Введение диссертация по физике, на тему "Исследования обмоточных сверхпроводников для создания крупномасштабных магнитных систем"

К настоящему моменту сверхпроводимость, первоначально нашедшая применение в магнитных системах для фундаментальных исследований и физики высоких энергий, широко применяется в магнитных системах установок управляемого термоядерного синтеза (УТС) [1, 2].

Использование "горячей" дейтерий-тритиевая плазмы, сохраняемой в заданных границах с помощью сильных магнитных полей, представляется наиболее перспективным путём реализации термоядерного синтеза в целях получения неограниченного источника энергии [3,4]. Применение сверхпроводимости способно существенно уменьшить энергопотребление установок УТС.

Сверхпроводящие магнитные системы (CMC) используются в установках УТС различного типа, включая так называемые токамаки (тороидальная камера с магнитными катушками). В конструкции трёх наиболее известных Токамаков (Т15 [4,6], Tore Supra [5] и Triam [5]) использованы сверхпроводящие обмотки тороидального поля. В современных проектах применение сверхпроводимости было распространено на центральный соленоид, катушки полоидального поля и корректирующие катушки.

Наиболее известный проект полностью сверхпроводящего Токамака — международный термоядерный экспериментальный реактор ИТЭР, проектная стадия которого, включая крупномасштабные модельные эксперименты, была выполнена специалистами Европы, США, Российской Федерации и Японии в период с 1988 по 2002 г. [7, 8,9,10].

Чтобы достичь необходимых для УТС параметров, проект электромагнитной системы (ЭМС) ИТЭР выдвигает рекордные требования к сверхпроводящим проводам (ток до 50 кА в магнитном поле 13 Т), системе электрической изоляции (электрические напряжения до 5 кВ) и силовым элементам конструкции (силовые нагрузки до 400 МН).

Выполнение вышеуказанных требований потребовало разработки конструкции и технологии производства, а также промышленного освоения процесса изготовления обмоточных сверхпроводников (проводов) типа "кабель-в-оболочке", представляющих собой скрученные ниобий-оловянные (ЫЬзБп) или ниобий титановые (NbTi) проволоки (стренды), заключаемые в металлическую оболочку круглого или квадратного сечения и охлаждаемые потоком гелия при температуре ~ 4,5 К [11,12,13].

Основные преимущества подобных проводов, по сравнению с проводами "погружного" типа - высокая эффективность охлаждения сверхпроводящих проволок, механическая прочность и возможность применения максимально безопасных схем электроизоляции.

Примеры Nb3Sn стренда [14] и провода типа "кабель-в-оболочке" [15], разработанных и изготовленных соответственно в ФГУП «ВНИИНМим. Академика А.А. Бочвара» и ОАО «ВНИИКП» в соответствии с требованиями тороидальной обмотке ЭМС ИТЭР, приведены на рис. В-1.

Исследования коротких образцов проводятся для оценки технических характеристик провода в первом приближении и контроля качества проводов при массовом выпуске в подтверждение приемлемости выбранной технологии изготовления проводников.

Рис. В-la. Поперечное сечение Nb3Sr» стренда. Рис. В-16. Фрагмент Nb3Sn стренда разработанного и изготовленного во ВНИИНМ (после диффузионного отжига), (до диффузионного отжига).

Рис. В-1в. Конструкция Nb3Sn провода типа Рис. В-1г. Поперечное кабель-в-оболочке». изготовленного во сечение Nb3Sn провода типа ВНИИКП. «каоель-в-ооолочке».

Оболочки ^ j f

Hi Titiiiua

Tin ановая сп нраль

NbsSn стренды компогптных сверхпроводящих

ПрОЕОЧРКН диаметром 0,82 ми

Предлагаемая к рассмотрению работа посвящена развитию научных подходов и решению технических задач, связанных с проведением экспериментальных исследований сверхпроводящих стрендов и проводов в обеспечение проектирования ЭМС ИТЭР.

В общем случае экспериментальные исследования включают в себя:

• проведение расчётов с целью определения максимальных рабочих условий стренда или провода CMC и возможности их моделирования;

• разработку программы эксперимента или приемо-сдаточных испытаний, содержащей перечень измеряемых характеристик и описание измерительных методик, обеспечивающих соответствие условий испытаний расчётным параметрам моделирования;

• разработку конструкций образцов для исследований;

• разработку диагностических средств, включая конструктивную проработку способов установки датчиков и калибровочные измерения;

• создание измерительных установок, реализующих разработанные методики;

• разработку методик и средств предварительной обработки и последующего анализа полученных результатов

Объём экспериментальных работ прямо зависит от масштаба и стоимости CMC. В случае ЭМС ИТЭР модельным экспериментальным исследованиям подверглись все основные элементы конструкции, включая значительные длины полномасштабных сверхпроводящих проводов.

В части NbsSn и NbTi сверхпроводников ИТЭР следует отметить две программы экспериментальных исследований, участие в которых приняли организации из Японии, США, России и стран Европейского сообщества.

1) Программа аттестационных испытаний сверхпроводящих проволок и неполномасштабных образцов провода ИТЭР (1993-1995 г.г.) [16].

2) Программа по сооружению и испытаниям Модельных Катушек ИТЭР с размерами, минимально необходимыми для испытания проводов ИТЭР в условиях, соответствующих напряженно-деформированному состоянию, электромагнитным и термогидравлическим режимам работы ЭМС ИТЭР.(1993-2003 г.г.) [17].

В ходе выполнения первой основные производители стрендов — Hitachi Cable, EM-LMI, IGC и ВНИИНМ - предоставили NbsSn стренды, из которых были изготовлены образцы самих стрендов (рис. В-2а) и образцы провода типа "кабель-в-оболочке". Последние были использованы для всесторонней проверки оборудования для измерения критического тока, потерь энергии, удельного сопротивления и других сверхпроводящих и электрофизических параметров, созданного в НИИЭФА (Россия), MIT (США), СЕА (Франция), JAER1 (Япония), Twente Unuversity (Голландия).

Целью второй программы была экспериментальная проверка на полномасштабных прототипах и моделях новейших технологий, необходимых для создания обмоточных сверхпроводников и конструкции ЭМС ИТЭР. В рамках этой программы [18,19] США, Японией, Россией и Европейским сообществом были сооружены и испытаны Модельная Катушка Центрального Соленоида (МКЦС) [19], Модельные Катушки-вставки [20,21], включая российскую Катушку-Вставку с образцом Провода Тороидальной Обмотки (КВПТО) [21,22,53] (рис. В-26), и Модельную Катушку Тороидального Поля (МКТП) [23]. Данная программа позволила объединить в единое целое работы по созданию обмоточных сверхпроводников магнитной системы ИТЭР, их электрических контактных соединений, криогенных токовых вводов, конструкционной стали силовой структуры, электроизоляции, системы диагностики и защиты, а также технологии изготовления обмоток ЭМС ИТЭР.

Для реализации программ потребовалось:

1) Разработать методики определения технических характеристик, перечень и условия измерений которых соответствуют требованиям проекта ИТЭР.

2) Разработать конструкции образцов сверхпроводящих стрендов и обмоточных сверхпроводников, обеспечивающих адекватную проверку их свойств в рабочих условиях.

Несмотря на разницу в масштабах образцов стрендов и полномасштабных проводов ИТЭР, которую иллюстрирует рис. В-2, и в том, и другой случай требуется решение магнито- и термомеханических задач, связанных с:

• широким температурным диапазоном использования механических структур для закрепления сверхпроводящих стрендов или проводов. Например, в случае сверхпроводящего соединения Nb3Sn, получаемого путём специальной термообработки, диапазон применения составляет 4,2 - 920 К;

• электромагнитными силами, действующими на стренды и провода, несущие токи до 50 кА в магнитных полях до 13 Тл.

Рис. В-2а. Образцы Nb3Sn стренд на Рис. В-26. КВПТО ИТЭР в силовом каркасах для термообработки и каркасе из нержавеющей стали, измерения критических параметров. изготовленная в рамках Программы модельных катушек ИТЭР.

3) Создать измерительные установки и экспериментальные стенды, обеспечивающих реализацию разработанных методик.

МКЦС - сверхпроводящий цилиндрический соленоид с магнитным полем 13 Т в отверстии диаметром около 2 м, источник тока до 60 кА, система криообеспечения, система управления, сбора и контроля информации и система защиты.

4) Разработать и реализовать на практике системы диагностики с использованием как традиционных (потенциальные концы, измерительные катушки, криогенные термометры, тензодатчики, датчики Холла и т.п.), так и нетрадиционных (оптоволоконная диагностика, датчики акустической эмиссии и т.п.) измерительных датчиков.

5) Разработать методики предварительной обработки и последующего анализа результатов измерения.

При этом отдельной задачей была разработка методик сравнения результатов, полученных при исследовании одиночных стрендов с характеристиками тех же стрендов, полученными в составе неполно- и полномасштабных проводов.

Результаты исследований, проведённых в рамках данной диссертационной работы, позволили всесторонне проверить разработанную конструкцию и технологию изготовления обмоточного сверхпроводника тороидальной обмотки ЭМС ИТЭР. Полученные данные могут быть использованы при подготовке технических спецификаций проводов ЭМС ИТЭР и других крупных CMC, что определяет актуальность представленной диссертации.

Работа выполнена в соответствии с Федеральными целевыми научно-техническими программами:

-«Международный термоядерный реактор ИТЭР» на 2002-2005 годы (постановление Правительства РФ №604 от 21 августа 2001 г.)

Цель работы

Решены следующие задачи:

Научная новизна и результаты, выносимые на защиту

- Разработаны методика и аппаратное обеспечение для оперативного регулирования и стабилизации температуры образцов обмоточных сверхпроводников в диапазоне 4,2—120 К. Основная особенность — возможность моделирования теплофизических процессов, предполагающих стабилизацию на заданном уровне температуры образцов, охлаждаемых сверхкритическим гелием.

- Разработана и успешно применена в ходе испытаний КВПТО система термометрии высоковольтных компаундированных обмоток с помощью термометров сопротивления. Отличительная особенность - размещение датчиков на первом полиимидном слое изоляции провода КВГГГО толщиной 0,25 мм. Последующие слои из стеклоленты после вакуумной пропитки компаундом обеспечивают механическое крепление и защиту термометров от высокого электрического напряжения. - Разработана и испытана в лабораторных условиях специальная конструкция оптоволоконного кабеля, размещаемого в канале охлаждения обмоточного сверхпроводника для измерения распределения температуры по его длине.

Разработаны и реализованы на практике методики контроля состояния обмотки и провода КВПТО после испытаний на стенде JAERI. Обнаружены многочисленные дефекты стрендов в местах контакта со спиралью охлаждающего канала и пластическая деформация структуры кабеля КВПТО под действием электромагнитных сил. Практическая ценность

Результаты, полученные в рамках данной диссертационной работы, имеют следующее практическое значение:

4. Разработанные методики неразрушающего и разрушающего контролей внедрены и используются в НТЦ «Синтез» ФГУП НИИЭФА им. Д.В. Ефремова для контроля качества изготовления образцов обмоточных сверхпроводников и CMC различного назначения.

5. Результаты испытаний КВПТО, наряду с результатами испытаний других модельных катушек ИТЭР, стали исходной базой для корректировки критериев проектирования обмоточных сверхпроводников ЭМС ИТЭР. Достоверность основных результатов

1. Представленные в диссертационной работе методика и установка для измерения потерь энергии в коротких образцах обмоточных сверхпроводников были сертифицированы без замечаний в рамках проекта ИТЭР после сравнительных испытаний с участием аналогичных установок, созданных в MIT(CLLLA), СЕА (Франция), JAERI (Япония), Twente Unuversity (Голландия).

2. Результаты испытаний КВПТО на стенде JAERI были проанализированы Международной группой по испытаниям модельных катушек ИТЭР, в состав которой входили специалисты из Японии, США, Европы и России. Результаты анализа подтвердили достоверность полученных результатов, после чего они были включены в базы данных и опубликованы в документах ИТЭР, а также в сборниках материалов различных конференций.

3. Достоверность результатов послеиспытательного контроля подтверждается использованием современных методов исследования (рентгеновской интроскопии, ультразвуковой дефектоскопии, рентгенографии, с высоким разрешением, программного обеспечения для анализа цифровых фотографий и т.п.). Кроме того, результаты разрушающего контроля подтверждаются данными, полученными в ходе измерения гидравлических характеристик провода КВПТО.

Апробация результатов и публикации. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на рабочих совещаниях Центральной команды ИТЭР (г. Нака, Япония и Сан-Диего, США) в период с 1996 по 2002 г.г., а также представлялись на всероссийских конференциях «Инженерные проблемы термоядерных реакторов» (Ленинград, октябрь 1990; Санкт-Петербург, май 1997 и октябрь 2002); международных конференциях по Магнитным технологиям (МТ-12, Ленинград, 1991г.; МТ17, Женева, 2001 г.); по Термоядерной энергии (17th IAEA, 1998 г.); по Проблемам прикладной сверхпроводимости (ASC-2002, Хьюстон, ASC-2004, Джексонвиль).

Результаты диссертации опубликованы в 25 работах.

Объем и структура диссертации.

Работа изложена на 169 машинописных листах, состоит из введения, трех глав и заключения, а также содержит 85 рисунков и 16 таблиц. Список цитируемой литературы состоит из 70 наименований.

Содержание работы

Первая глава диссертации посвящена вопросам проведения экспериментальных исследований основных сверхпроводящих и электрофизических характеристик коротких образцов обмоточных сверхпроводников, используемых при создании CMC, включая ЭМС ИТЭР. В общем случае исследованиям подлежат:

- критическая плотность тока и магнитные свойства в диапазоне рабочих температур и деформаций [31 - 33];

- запас стабильности по температуре [34-36];

- параметры распространения нормальной зоны [37, 38];

- потери энергии в изменяющемся во времени магнитном поле [39 - 42];

- распределение магнитного поля по сечению обмоточных сверхпроводников [43, 44]

Наряду с критическими характеристиками, потери энергии под воздействием изменяющегося во времени магнитного поля являются одним из важнейших факторов, влияющих на работоспособность сверхпроводника [1,5]. Выделяясь в сверхпроводящих обмотках в виде тепла, потери повышают тепловую нагрузку на криогенную систему CMC, увеличивая стоимость криогенного оборудования и снижая эффективность применения CMC в целом.

В первом разделе главы 1 рассматриваются вопросы создания и результаты использования установки для измерения потерь энергии в образцах обмоточных сверхпроводников.

В общем случае электромагнитные потери в изменяющемся во времени магнитном поле подразделяются на:

- гистерезисные потери, определяемые токами, протекающими только по сверхпроводящим волокнам;

- потери на вихревые токи (токи Фуко), возникающие в нормальных металлах.

В рамках так называемой модели критического состояния [5, 54, 55] в случае, когда транспортный ток ниже критического 1с, электромагнитные потери возникают вследствие изменяющихся внешнего магнитного поля Во и (или) транспортного тока I. Величина потерь зависит как от конструкции сверхпроводящего провода, так и от характеристик Во и I, включая их ориентацию по отношению друг к другу и к характеристическим направлениям сверхпроводящего провода.

Характеристики сверхпроводников в терминах напряжённости электрического поля Е и плотности тока J (ВАХ) сугубо нелинейны и могут быть выражены как Е = Ес j Y

Л >где:

Е0 - напряжённость электрического поля, соответствующая плотности тока J0; п — характеристика сверхпроводника. При этом п=1 соответствует нормально проводящим металлам.

Механические потери также могут быть подразделены на два типа:

- потери, возникающие вследствие трения внешней поверхности сверхпроводящего провода при его движении под действием электромагнитных сил;

- потери, возникающие внутри сверхпроводящего провода, вследствие трения или деформации стрендов.

Методы измерения потерь подробно описаны во многих работах, например в [39-42]. Обычно их подразделяют на калориметрические, электромагнитные и механические в соответствии с. видом измеряемой физической величины. Практическая реализация данных методов многообразна и зависит от конструктивных особенностей сверхпроводника и будущего сверхпроводящего устройства, целей и требуемой точности измерений и т.п.

Механические потери и методы не являются предметом рассмотрения представляемой работы.

Калориметрические методы, основанные на измерении теплофизических величин, в частности, на измерении массы испарившегося хладагента, являются наиболее прямым способом измерения потерь энергии, обеспечивающим высокую чувствительность и хорошую точность как для небольших образцов, так и для сверхпроводящих устройств в целом. К недостаткам калориметрических методов могут быть отнесены сложность оборудования и измерительного процесса.

Электромагнитные методы, основанные на измерении петель намагничивания образца за цикл изменения приложенного поля, обладают несомненно более высокой чувствительностью, что позволяет измерять потери даже в отдельно взятых стрендах, но требует решения ряда проблем, связанных с:

- необходимостью учитывать неинформативные составляющие измерительных сигналов, связанных с изменением внешнего или собственного магнитных полей;

- наличием сетевых и электромагнитных помех;

- определением точного соотношения между измеряемым параметром и значением потерь энергии, что, обычно, требует дополнительной калибровки. Обычный способ калибровки - использование эталонных образцов, потери в которых последовательно измеряются калориметрическим и электромагнитным способом. Данный подход требует дополнительных затрат на приобретение эталонных образцов и проведение калибровочных измерений.

В предметной части раздела 1 приведено описание методики и установки для измерения потерь энергии в изменяющемся магнитном поле в коротких образцах обмоточных сверхпроводников без транспортного тока двумя методами (калориметрическим и/или электромагнитным). Тем самым предпринята попытка объединить достоинства калориметрического и электромагнитного методов [41,42]. Построенная на основе 5-теслового дипольного магнита и стеклотекстолитового калориметрического объёма, установка была аттестована в рамках сравнительных испытаний и допущена без замечаний для измерений потерь энергии в коротких образцах обмоточных сверхпроводников ЭМС ИТЭР[56].

Среди многочисленных применений разработанных методики и аппаратуры следует упомянуть:

- установку для измерения гистерезисных потерь в образцах сврхпроводящих стрендов (рис. В-2а). Результаты, полученные в ходе сравнительных испытаний с участием Hitachi Cable, EM-LMI, IGC и ВНИИНМ позволили , как и в случае обмоточных сверхпроводников, сертифицировать установку в рамках проекта ИТЭР [57].

- измерение потерь энергии в коротких образцах ниобий-титанового обмоточного сверхпроводника для 100 МДж накопителя фирмы BWXT (США) [58];

Второй раздел главы 1 посвящён методикам и аппаратуре для оперативного регулирования температуры объектов в криогенном диапазоне температур.

В экспериментальной физике низких температур широко используются установки для термостабилизации образцов за счёт их теплового контакта с элементами установки, обладающих значительной теплоёмкой массой (например, с массивными медными блоками) [46-48]. При испытаниях образцов обмоточных сверхпроводящих проводов встаёт иная задача — обеспечение термодинамических условий для образца, моделирующих рабочие условия в реальных обмотках, включая моделирование динамических процессов теплообмена образца с конструкционными и охлаждающими элементами обмотки. В частности для проводов типа «кабель-в-оболочке» важно обеспечить стабилизацию температуры хладагента, подводимого к исследуемому участку образца. При этом требуется оперативно с заданной скоростью осуществлять управление температурой хладагента в охлаждающем канале образца в диапазоне 4,2 — 30 К для низкотемпературных сверхпроводников и в диапазоне 4,2 — 120 К и более для высокотемпературных.

Кроме моделирования термодинамических условий, требуется обеспечить пропускание по образцу испытательного тока и приложение к образцу постоянного или изменяющегося во времени испытательного магнитного поля . В случае, если токоподводы, их контактные соединения с образцом и сверхпроводящие обмотки, создающие сильные испытательные магнитные поля охлаждаются погружением в жидкий гелий, встаёт задача теплоизоляции исследуемого участка образца от жидкого гелия в испытательном криостате.

В предметной части раздела 2 приведено описание разработанных с участием автора методики и лабораторной установки для оперативного регулирования и стабилизации температуры образцов в среде газообразного и сверхкритического гелия в диапазоне 4,2 — 300 К. Отличительная особенность установки - использование нагревателей и системы автоматического управления их мощностью. Данная методика и реализующая её аппаратура были отработаны в ходе калибровки криогенных термометров сопротивления типа ТВО-ОД25 [49]. Откалиброванные с её помощью термометры использованы в системе диагностики КВПТО [50].

Дальнейшее развитие методика получила при создании системы регулирования температуры образцов сверхпроводящих проводов типа «кабель-в-оболочке», охлаждаемых потоком сверхкритического гелия, и, одновременно, находящихся в жидком гелии из-за, например, «погружного» типа магнитных систем, используемых в испытаниях. Главная особенность системы - «активная» теплоизоляция исследуемой части образца от жидкого гелия. В основе конструкции - негерметичный теплоизоляционный кожух и нагреватель, расположенный на поверхности образца. Мощность, выделяющаяся на нагревателе, приводит к образованию в зазорах между образцом и кожухом газообразного гелия, обеспечивающего дополнительную теплоизоляцию.

Данная система была с успехом применена при испытаниях образца сверхпроводящего провода для индуктивного накопителя энергоёмкостью 100 МДж, проведённых по заказу американской фирмы BWXT [51]. Аналогичные подходы к регулированию температуры провода, охлаждаемого потоком однофазного гелия, были использованы, также, в ходе испытаний КВПТО на международном стенде JAERI [52, 53].

Вторая глава диссертации посвящена разработке программы и проведению испытаний российской КВПТО ИТЭР (рис. В-26) [21,22] в составе МКЦС на международном стенде JAERI (г. Нака, Япония) [24].

КВПТО была сконструирована в НИИЭФА им. Д.В. Ефремова, головной организации проекта, для испытаний полномасштабного ниобий-оловянного провода тороидальной обмотки ИТЭР в рабочих условиях, соответствующих зоне максимального поля, расположенной в области внутренней опоры тороидальных катушек ИТЭР.

Для создания КВПТО потребовалось объединить усилия отечественных научных и производственных организаций, обеспечивших поставку сверхпроводящих ниобий-оловянных стрендов с соответствующими сертификатами и регламентом отжига (ВНИИНМ им. Академика Бочвара А.А., Москва) [14]; изготовление и намотку в спираль 43- метрового провода типа «кабель в оболочке» (ВНИИКП, Москва) [15]; изготовление силового каркаса КВПТО (АО «Ижорские заводы», Санкт-Петербург) [22, 53].

Успешное изготовление КВПТО подтвердило применимость разработанной с участием автора технологии для изготовления обмоток ЭМС ИТЭР, использующих провод в тонкостенной цилиндрической оболочке. При дальнейшем развитии данная технология может быть использована для изготовления крупномасштабных CMC, включая сверхпроводящие индуктивные накопители энергии [25, 26].

Процесс подготовки и проведения испытаний КВПТО может быть разделён на два основных этапа:

• Подготовку испытаний КВПТО на стенде JAERI, включая создание базы данных исходных стрендов, провода и конструктивных материалов, использованных при изготовлении КВПТО; предварительные расчеты режимов испытаний и т.п.

• Проведение испытаний и создание базы экспериментальных данных для последующего анализа.

Первый раздел второй главы посвящён подготовке испытаний КВПТО, включая:

1) Разработку Программы испытаний КВПТО, как части Программы испытаний МКЦС ИТЭР [50].

До момента начала первых испытаний на стенде JAERI с 1996 по 2000 год было выпущено пять последовательно развивающихся версий Программы испытаний КВПТО, охватывающих все аспекты предстоящих испытаний.

В отличие от МКЦС и других модельных катушек.ИТЭР, практически не имевших диагностики на отдельных витках обмоток из-за на порядок более высоких (10 кВ против 1 кВ) требований к витковой высоковольтной изоляции, схема диагностики КВПТО содержала набор датчиков, расположенных по длине провода КВПТО на поверхности титановой оболочки. В состав диагностики входили термометры сопротивления на основе углеродной композиции типа ТВО-ОД25, потенциальные концы, круговые измерительные катушки, а также индукционный и омический нагреватели.

Разработанная методика установки термометров типа ТВО-ОД25 предусматривала размещение датчиков на первом полиимидном слое изоляции провода КВПТО толщиной 0,25 мм. Последующие слои из стеклоленты, пропитанные компаундом горячего отверждения, обеспечивали механическое крепление и защиту термометров от . электрического напряжения до 1кВ. Аналогичным способом была осуществлена установка остальной диагностики.

На этапе разработки программы испытаний в дополнение к измерительным датчикам предполагалось оснастить КВПТО диагностикой для обнаружения перехода сверхпроводника в резистивное состояние. Одним из признаков начала подобного перехода являются интенсивные тепловыделения в ограниченном участке кабельной скрутки, приводящие к быстрому повышению температуры стрендов и хладагента. Обнаружение места перехода обычными термометрами, установленными, например, на внешней поверхности оболочки провода, требует большого количества датчиков и отличается временной задержкой, снижающей эффективность системы обнаружения. Поэтому для КВПТО была разработана методика измерения распределения температуры по длине кабельной скрутки, основанная на применении оптоволоконного кабеля, расположенного непосредственно в канале охлаждения провода.

2) Предварительную калибровку и установку диагностических средств, включая термометры типа TBO-O,125, потенциальные концы, круговые измерительные катушки, индукционный и омический нагреватели, тензодатчики.

Предварительная калибровка термометров по температуре была проведена в НИИЭФА с использованием вышеупомянутой установки. В ходе испытаний на стенде JAERI была проведена дополнительная калибровка термометров по магнитному полю с подготовкой обобщающих полиномов Т= f(R, В), где Т и R — температура и сопротивление термометра, В магнитное поле МКЦС.

3) Согласование с персоналом стенда JAERI перечня датчиков давления, температуры и расхода, входящих в состав диагностики стенда и используемых входе испытаний КВПТО. Установка на КВПТО датчиков акустической эмиссии, используемых совместно с представителями японского Национального Института Современной Промышленной науки и Технологии (AIST, Tsukuba, Япония).

Во втором разделе второй главы представлены описания и результаты использования ряда методик для измерения технических характеристик обмоточного сверхпроводника КВПТО, включая:

1) Методика испытаний КВПТО на максимальные рабочие параметры.

Методика предусматривала создание для проводника КВПТО условий испытаний по магнитному полю (13 Тл) и продольной деформации (0,25%), соответствующих наиболее напряжённым условиям работы обмоточного сверхпроводника тороидальной обмотки ИТЭР. Рабочие токи МКЦС 45,2 кА и КВПТО 46 кА были выбраны как обеспечивающие максимальное магнитное поле 13 Тл на среднем витке спирали в ближней к центру части поперечного сечения провода КВПТО.

Предварительно пять последовательных заведений тока в КВПТО с постепенным увеличением амплитуды до 46 кА были произведены в отсутствии магнитного поля МКЦС. В течении следующих пяти заведений с одновременным увеличением тока КВПТО и магнитного поля МКЦС были достигнуты максимальные параметры 46 кА в поле 13 Тл.

2) Методика измерения гидравлических характеристик провода КВПТО

Методика предусматривала измерение зависимостей перепада давления между входом и выходом провода КВПТО от входного и выходного расхода.

В результате измерений обнаружено изменение перепада давления по длине провода КВПТО, измеренного до и после электромагнитного нагружения провода КВПТО.

3) Методика измерения токонесущей способности провода КВПТО измерение температуры деления тока Tcs и критического тока 1с)

Методика предусматривала измерение Tcs путём медленного (2 К/час) увеличения температуры закритического гелия в канале охлаждения провода КВПТО, несущего постоянный ток.

Испытательные значения магнитного поля и тока КВПТО определялись по режимам испытаний исходных стрендов, предоставленных ВНИИНМ им. А.А. Бочвара. В ходе испытаний КВПТО было проведено четырнадцать измерений Tcs и одно измерение 1с в режимах с магнитным полем 0; 5; 11,4 и 12 Тл и током КВПТО 0,6; 17,4-17,6 и 46 кА. Значения Tcs и 1с определялись на уровнях напряжений по длине провода КВПТО Ес=0,1; 0,3 и 0,5 мкВ/см и магнитного поля, соответствующего исследуемому витку КВПТО.

Как и в МКЦС, во всех режимах испытаний КВПТО измеренные значения температуры деления тока Tcs провода оказались ниже Tcs, определённого из характеристик исходных стрендов.

4) Методика циклических испытаний КВПТО

Исследования влияния циклических электромагнитных нагрузок на поведение обмоточного сверхпроводника КВПТО предусматривали следующие режимы испытаний:

- 1000 14 кА циклов в поле МКЦС 12 Тл со скоростью 300 кА/с;

- 1000 36 кА циклов в поле 12 Тл;

- 2 защитных вывода энергии с 1 с и 5 с задержкой, инициируемых с помощью индуктивного нагревателя;

- 2 дополнительных защитных вывода энергии с 1 с и 7 с задержкой.

В ходе испытаний характеристики провода, включая Tcs, практически не изменились.

На первом этапе с помощью методов неоазрушаюшего контроля, включающих радиационную интроскопию, радиографический контроль, цветную дефектоскопию и ультразвуковой контроль, была подтверждена целостность и соответствие техническим спецификациям основных конструктивных элементов КВПТО (провод и изоляция обмотки, силовой каркас, контактные наконечники и т.д.).

В ходе послеиспытательного контроля были обнаружены многочисленные механические повреждения стрендов и изменение структуры кабельной скрутки под оболочкой провода КВПТО. В сумме каждый метр длины провода КВПТО содержал примерно 1500 дефектов, способных повлиять на критические характеристики стрендов.

В заключении формулируются основные итоги работы. Главный вывод -решенные в диссертации задачи имеют существенное значение для развития техники и технологии CMC термоядерных энергетических установок. Полученные результаты испытаний КВПТО были использованы при составлении новых проектных спецификаций на стренды и сверхпроводящие провода ЭМС ИТЭР.

Заключение диссертации по теме "Электрофизика, электрофизические установки"

Общие выводы

По тексту диссертации, практически после каждого важного раздела, сделаны короткие обобщающие заключения по изложенному материалу. Ниже приведены некоторые общие выводы по проделанной работе.

- Созданы методическое и аппаратное обеспечение криогенного стенда для исследования образцов обмоточных проводников крупных CMC, включая ЭМС ИТЭР. Установка для измерения потерь энергии была сертифицирована без замечаний в рамках проекта ИТЭР. Методика регулирования температуры может быть применена для испытаний образцов высокотемпературных сверхпроводников.

- Разработана и реализована на практике Программа испытаний КВПТО ИТЭР в составе МКЦС на международном испытательном стенде JAERI. Результаты испытаний:

• показали полное соответствие обмоточного сверхпроводника и контактов КВПТО техническим спецификациям ИТЭР; подтвердили на. практике применимость :методик.для. диагностирования крупномасштабных обмоток CMC, включая ЭМС ИТЭР;

• выявили неизвестные ранее факторы, которые необходимо учитывать при проектировании сверхпроводящих проводов типа «кабель-в-оболочке».

- Разработаны и реализованы на практике методики послеиспытательного контроля состояния основных элементов конструкции КВПТО, методами неразрушающего контроля и последовательной разборки/резки с исследованием поперечных и продольных сечений обмоточного сверхпроводника CMC.

Заключение

В заключение автор считает своей приятной обязанностью и долгом выразить глубокую и сердечную благодарность:

Своим учителям и руководителям:

- В.А. Глухих, под руководством которого в НИИЭФА были созданы возможности для развития идей и осуществления проектов, ставших основой данной диссертации;

- покойному НА. Моносзону — первому научному руководителю работ, проведённых автором в рамках данной диссертации;

- покойному Г.В. Трохачёву, который первым направил внимание автора на вопросы исследования потерь энергии в сверхпроводниках в переменном магнитном поле и стоял у истоков создания криогенных исследовательских стендов НИИЭФА;

- М.В. Желамскому, под руководством которого автором были сделаны первые шаги в области экспериментального изучения свойств сверхпроводников, создания установок для проведения экспериментов, а также разработки конструкции и технологии изготовления сверхпроводящих магнитных систем;

- С.А. Егорову, многолетнему научному руководителю большинства работ автора, нашедших отражение в данной диссертации; идейному вдохновителю развития в НИИЭФА опытно-промышленной и экспериментальной базы для создания и испытаний крупных CMC, включая КВПТО. Его неоценимая поддержка и полезнейшие дискуссии стали основой большинства идей, использованных в настоящей диссертации;

- В.А. Белякову, научному консультанту диссертационной работы, чьи полезные советы и постоянное организующее начало, позволили автору завершить многолетние работы, ставшие основой данной диссертации;

- О.Г. Филатову и Ю.Н. Некрылову, руководство которых обеспечило возможность проведения всех крупномасштабных работ, проводимых автором в рамках данной диссертации;

Командам и персоналиям, с которыми автор имел счастливую возможность работать в России и в других странах:

- Большой и дружной команде, обеспечившей создание Катушки-вставки с проводником тороидальной обмотки (КВПТО) ИТЭР. Автор бесконечно благодарен В.П. Муратову, Э.Н. Бондарчуку, В.А. Крылову,

B.Г. Кучинскому, Г.Л. Саксаганскому, В.И. Перегуду, Ю.А. Константинову,

C.Е. Сычевскому, В.И. Васильеву, А.А. Малкову, A.M. Тюрикову, И.В. Мазулю и всем кто работал под их началом.

- Всем сотрудникам Отдела №12 ВНИИКП и особенно В.Е. Сытникову за совместные работы по исследованию образцов сверхпроводящих проводов и созданию КВПТО, а также постоянную поддержку и полезные советы.

- Сотрудникам ВНИИНМ им. А.А. Бочвара и в особенности А.К. Шикову, В.И. Панцирному, А.Е. Воробьёвой, Е.А. Дергуновой и Н.С. Грязнову за неоценимую помощь в работах, связанных с КВПТО, поддержку и продолжающуюся дружбу.

-Персоналу стенда JAERI и особенно Okuno К., Kato Т., Sugimoto М., IsonoT., KawanoK., Koizumi N., NakajimaN., NunoyaY., TsujiH., Takahashi Y.,- чьи многомесячные усилия позволили достичь столь впечатляющих результатов испытания КВПТО.

- Н. Мартовецкому, К. Хамаде и Е. Запретилиной за постоянную поддержку и обмен идеями в ходе испытаний КВПТО на стенде JAERI и последующей обработки данных.

Особую благодарность автор хочет выразить всему персоналу отдела Сверхпроводящих Магнитных Систем НИИЭФА без чьих творческих, интеллектуальных и физических усилий не могло идти речи о написании данной работы.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата технических наук, Родин, Игорь Юрьевич, Санкт-Петербург

1. Уилсон М., Сверхпроводящие магниты // М.: Мир, 1985, 407 с.

2. Велихов Е.П., Глухих В.А., Физика и техника мощных импульсных систем, // М.:, Энергоатомиздат, 1987, с. 3-20.

3. P.Komarek, C.C.Baker, O.G.Filatov, S. Shimamoto, Magnetic Confinement// Nuclear Fusion, Vol. 30, No. 9, 1990, pp. 1817-1862.

4. Карцев В.П., Магнит за три тысячелетия 4-е изд., перераб. и доп. // М.: Энергоатомиздат, 1988

5. Seeber В. (editor-in-chief), Handbook on applied superconductivity // Bristol, UK: Institut of publishing Ltd, 1998, 1265-1275

6. Green В J., HuguetM., The ITER Project: Status and Prospects//IEEE Transaction on Magnetics, 1996, Vol.32, No.4 pp. 2224-2227.8 .ITER Final Design Report, Design Description Document: 1.1 Magnet//July 2001.

7. Filatov O.G., RF Home Team, Status of ITER R and D in the Russian Federation", Fusion Engineering and Design // Proceedings of 4th International Symposium on Fusion Nuclear Technology, 1998, Tokyo, Japan, Vol.39-40, pp.55-66.

8. В.А.Глухих, В.А.Беляков, Э.Н.Бондарчук, Н.И.Дойников, С.А.Егоров,

9. A.И.Костенко, С.В.Краснов, Ю.М.Кривченков, А.А.Малков, Н.А.Моносзон,

10. Filatov О., Belyakov V., Egorov S. et al., Activities on ITER Superconductors in Russia//Proceedings of Pacific Rim International Workshop on Applied Superconductivity (PRIWAS'97), 1997, KERI, Korea, July pp.27-40.

11. Sytnikov V.E., Taran A.V., Mitrokhin V.A., Rychagov A.V., Filatov O.G., S.A., The long-length line for jacketing cable-in-conduit conductors, Fusion Engineering and Design, 1999, Vol.45, pp.209-216.

12. A. Vorobieva, A. Shikov, V. Pantsyrnyi, N. Kozlenkova, K. Mareev, The study on the Ic(T,B) dependencies for TF coil-insert of the ITER CS,//IEEE Transactions on Applied superconductivity, June 2003

13. Sytnikov V., Cheverev N., Egorov S., Filatov O., Malkov A., Rodin I. et. al., The production of the superconducting conductor for the TFCI, // IEEE transactions on applied superconductivity March 2002, vol.12 No.l, pp. 12071210.

14. Mitchell N., Bruzzone P., Spadoni M., Nishi M., Shikov A., Minervini J., Strand production and benchmark Testing for the ITER model coils // IEEE Transaction on Applied Superconductivity, June 1995, vol.5, No.2 pp. 905-908.

15. F. Iida, K. Okuno et al., Progress in the ITER Model Coil Program//IEEE Transaction on Applied Superconductivity, June 1995, vol.5, No.2 pp. 2316-2319.

16. P. Bruzzone et al., Conductor fabrication for the ITER Model Coils//IEEE Transaction on Applied Superconductivity, June 1995, vol.5, No.2, pp. 2300-2303.

17. H. Ogata et al, Design of the ITER Central Solenoid (CS) Model Coil // IEEE Transaction on Applied Superconductivity, June 1995, vol.5, No.2, pp. 2320-2323.

18. M. Sugimoto et al., Design of the CS Insert Coil // IEEE Transaction on Applied Superconductivity, June 1995, vol.5, No.2 pp. 2328-2331.

19. Filatov O., Belyakov V., Egorov S., et al, TF Conductor Insert Coil for Testing in the ITER Central Solenoid Model Coil//Proceedings of 15-th International Conference on Magnet Technology, Beijing, China, Oct. 20-24, 1997.

20. LibeyreP. et al., Conceptual Design of the ITER TF Model Coil //IEEE Transaction on Applied Superconductivity, June 1995, vol.5, No.2, pp. 2260.

21. Shimamoto S., HamadaK, T. Kato, et al, Construction of ITER Common Test Facility for CS Model Coil //IEEE Transaction on Magnetis, July 1996, vol. 32, No. 4, pp. 3049-3052.

22. Bursikov A.S., Zhelamsky M.V., Lancetov A.A., Lebedev A.A., Rodin I.Yu., Trokhachev G.V., Yakubovsky V.G. Test Facility for Investigations of High-current Superconductor Samples // IEEE Transactions on Magnetics, 1992, vol. 28, No l,pp. 609-612.

23. VAMAC Technical Working Party for Superconducting Materials 1995 VI-1: recommended standard method for determination of d.c. critical current of Nb3Sn multifilamentary composite superconductors // Criogenics, No 35, VAMAC Suppl., 1996, S105-12.

24. P. Bruzzone at al, Characterization test of the Nb3Sn cable-in-conduit conductors for SeCRETS // //IEEE Transaction on Applied Superconductivity, 2000, vol.10, pp. 1086-1089.

25. Schmidt С., Stability tests on the Euratom LCT conductor, // Criogenics, No 24, 1988, 653-6.

26. P. E. Phelan et al., Transient stability of aNb-Ti cable-conduit-superconductor: experimental results // Cryogenics, No 29, 1989, p. 109

27. Martovetsky N., Stability and thermal equilibrium in cable-in-conduit conductors // Physica С 401, 2004, pp.118-123.

28. AndoT., NishiM., KatoT., Yoshida J., ItohN., Shimamoto S., Propagation velocity of the normal zone in a cable-in-conduit conductor // Advanced Cryogenic Engineering, No 35,701-8.

29. Krempansky L, A simple method for measuring magnetization of superconducting wires // Cryogenics, No 16,1976,178-9.

30. Schmidt C., Calorimetric ac loss measurement in the microwatt range: a new simplified measuring technique // Cryogenics, No 34, 1994, 3-8.

31. Egorov S., Lancetov A., Lebedev A., Rodin I., Trokhachev G., Zhelamskij M. Experimental investigation of AC losses and effective time constant in the high current cables // Physica C: Superconductivity, Vol. 310, Issues 1-4, Dec. 1998, P. 277-282.

32. F. Rellina, P. Bettini, F. Trevisan, Analysis of the optimal location of magnetic field probes for the determinationof the current distribution inside the s/c cables // IEEE Transaction on Applied superconductivity, 2001, vol. 11, pp 2379-2382.

33. Arend Nijhuis and Yuri Ilyin, Current distribution: reconstruction from self-field measurements and impact on cable n-value//Report EFDA-00/552, University of Twente, Netherlands, December 12, 2001.

34. Желамский M.B., Родин И.Ю. Автоматизированная криогенная установка с регулируемой температурой//Препринт НИИЭФА П-Б-0786,-М.: ЦНИИатоминформ, 1989, с. 10.

35. Игнатьев В.К., Цудалов В.М. //Приборы и Техника Эксперимента (ГГГЭ), 1983, № 1,С. 187.

36. Даньков И.А., Падо Г.С., Скрябин В.Г. // ПТЭ, 1982, № 1, С. 205.

37. Засавицкий И.И., Изворян A.JL, Мационашвили Б.Н., Троицкий В.Ф., Трофимов В.Г. // ПТЭ, 1984, № 4, С.199.

38. Дацков В.И., Технические криогенные термометры на основе серийных резисторов типа ТВО // Препринт/ОИЯИ: 8-83-717, Дубна, 1983

39. Test Description Document for ITER Central Solenoid Model Coil // ITER Document, Rev. 3.2, June 1998.

40. Ml IB Combined CICC&Splice Tests. Test result report on AC loss measurement with transport current and combined stability//Prepared for and available at the BWX Technologies, Inc. (USA).

41. Babcock&Wilcox, a Mc Dermott Company

42. Campbell A.M., A general treatment of losses in multifilamentary superconductors // Cryogenics, No 22, 1982, 3-16.

43. Fevrier A., Losses in a twisted multifilamentary superconducting composite submitted to any space and time variations to the electromagnetic surrounding. // Cryogenics, No 23, 1987, 185-200. ' "

44. Bruzzone P., Coupling current losses bench mark test // ITER Joint Central Team report, September 1995.

45. Bruzzone P., The 2. round of strand bench mark test // ITER Joint Central Team report, September 1995.

46. Ml 1A CICC Short Sample Tests. Test result for AC loss without transport current // Prepared for and available at the BWX Technologies, Inc. (USA).

47. Гурьева Т.М., Пронякин В.Т., Гиниятулин Р.Н., Родин И.Ю., Применение методов неразрушающего контроля при изготовлении элементов ИТЭР //ВАНТ, Сер. Электрофизическая аппаратура. Спб.: «Профессионал», 2004. Вып. 2(28) С. 84-93

48. P. Bruzzone et al., Upgrade of operating range for SULTAN test facility, // IEEE transactions on applied superconductivity March 2002, vol.12

49. Желамский M.B., Ланцетов А,А., Малков A.A., Семенов O.B., Суханова M.B., Трохачёв Г.В. К вопросу тензометрирования при низких температурах и в магнитных полях // Препринт НИИЭФА П- Б-ОМ-0682, — М.: ЦНИИатоминформ, 1985, с. 10.

50. Дацков В.И, и др. Измерение температур в диапазоне 4,2-450 К с помощью микропроцессорной системы в стандарте КАМАК // Препринт/ОИЯИ: 10-81-200, Дубна, 1981.

51. Кикучи Е. Ультразвуковые преобразователи // М.: Мир, 1972

52. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике // М.: Наука, 1974

53. Кальницкий Л.А. и др. Специальный курс высшей математики для ВТУЗов // М., Высшая школа, 1976.

54. Y. Takahashi, Y. Nunoya, G. Nishijima et al, Development of 46-kA Nb3Sn Conductor Joint for ITER Model. Coils, // IEEE, vol. 10, No 1, pp.580-583, March 2000.

55. Красюк Б.А., Семенов О.Г., Шереметьев А.Г. и др., Световодные датчики // М.: Машиностроение, 1990, 256 с.

56. Д.Г. Акопян, С.Е. Бендер, С.А. Егоров, А.Ю. Корецкий, И.Ю. Родин Разработка и исследование оптоволоконного датчика состояния сверхпроводящих магнитных систем: Препринт П-0986//СПб.: ФГУП «НИИЭФА им. Д.В. Ефремова», 2004, 9с.

57. L.T. Summers, M. Guinan et al, A Model for the Prediction of Nb3Sn Critical Current as a Function of Field, Temperature and Radiation Damage //IEEE Transitions on Magnetics, 27(2), March 1991, 2041.

58. Wigley D.A., Mechanical properties of materials at low temperature // Plenum Press, N.Y. and London, 1971.