Криомагнитные системы на основе ВТСП и криорефрижераторов замкнутого цикла для физических исследований

Костров, Евгений Александрович

Криомагнитные системы на основе ВТСП и криорефрижераторов замкнутого цикла для физических исследований тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

Костров, Евгений Александрович АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Москва МЕСТО ЗАЩИТЫ

2010 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.01 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Криомагнитные системы на основе ВТСП и криорефрижераторов замкнутого цикла для физических исследований»

Автореферат диссертации на тему "Криомагнитные системы на основе ВТСП и криорефрижераторов замкнутого цикла для физических исследований"

УДК 538.945, 536.581.3

¿■¿о«

Костров Евгений Александрович

КРИОМАГНИТНЫЕ СИСТЕМЫ НА ОСНОВЕ ВТСП И КРИОРЕФРИЖЕРАТОРОВ ЗАМКНУТОГО ЦИКЛА ДЛЯ ФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Специальность 01.04.01 - Приборы и методы экспериментальной физики

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

1 8 НОЯ 2010

Москва 2010

004613380

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Физическом институте им. П. Н. Лебедева РАН

Научный руководитель Демихов Евгений Иванович,

доктор физико-математических наук, профессор

Официальные оппоненты: Демишев Сергей Васильевич,

доктор физико-математических наук, профессор

Успенская Людмила Сергеевна, кандидат физико-математических наук

Ведущая организация Всероссийский научно-исследовательский про-

ектно-конструкторский и технологический институт кабельной промышленности, г. Москва

Защита состоится «¿5» ноября 2010 года в « /¿» часов на заседании ученого совета Д002.023.03 при учреждении Российской академии наук Физическом институте им. П.Н. Лебедева РАН по адресу: г. Москва, Ленинский пр., д 53.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке учреждения Российской академии наук Физического института им. П.Н. Лебедева РАН, с авторефератом - на сайте института www.lebedev.ru.

Автореферат разослан «1 » октября 2010 г.

Отзывы на автореферат просим присылать по адресу:

119991 г. Москва, Ленинский проспект, д. 53, Криогенный отдел

Ученый секретарь /У

Диссертационного ¿-^ д.ф.-м.н., Истомин Я. Н.

совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Сверхпроводящие магнитные системы (CMC) успешно используются в исследованиях по физике, химии, биологии, в ускорительной технике и электроэнергетике. До недавнего времени для создания CMC применялись низкотемпературные сверхпроводники на основе NbTi и Nb3Sn. В данных системах достигнута предельная индукция магнитного поля 22 Тл при 4.2 К, обусловленная критическими свойствами сверхпроводников.

В последнее время разработана технология производства сверхпроводящих лент на основе высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП). Уникальные характеристики ВТСП позволяют создавать CMC с индукцией магнитного поля выше 22 Тл при 4.2 К. ВТСП испытаны в магнитных полях с индукцией до 45 Тл, генерируемых с помощью несверхпроводящих магнитов. При этом токонесущая способность ВТСП при 4.2 К достаточна для создания CMC.

Несмотря на то, что первые ВТСП были синтезированы более 20 лет назад, длинномерные образцы ВТСП лент с улучшенными характеристиками (ВТСП 2-го поколения), наиболее подходящие для применения в CMC, стали доступны с 2006 года и к настоящему времени не достаточно хорошо изучены. Актуальной является задача создания различного рода устройств и приборов на основе ВТСП материалов для различных применений.

Работа криомагнитных систем во многом зависит от теплопритоков извне, что определяет экономичность работы криостатов. В большинстве криомагнитных систем основным источником испарения дорогостоящего жидкого гелия являются токовводы. Особенно проблема актуальна для крупных CMC, например ускорителей, где насчитывается тысячи токовводов. Применение ВТСП при создании токовводов позволяет значительно снизить расход жидкого гелия.

Важной частью CMC является криогенная система, от эффективности работы которой зависит работа CMC. В последнее время для получения рабочей температуры на уровне 4 К применяются криогенные рефрижераторы замкнутого цикла с холодопроизводительностью 1-1.5 Вт при 4 К, что позволяет обеспечить работу сверхпроводящих соленоидов без криогенных жидкостей. Учитывая низкую производительность криорефрижераторов, в большинстве криомагнитных систем используется дополнительный рефрижератор для охлаждения исследуемого образца, что приводит к удорожанию и увеличению габаритов Экспериментальных установок. В связи с этим, вопрос создания методов одновременного обеспечения температурного режима сверхпроводящего соленоида и исследуемого образца с помощью одного рефрижератора является актуальным.

Целью работы было проведение экспериментального исследования долговременной стабильности и различных методик создания электрических контактов для ВТСП 2-го поколения. Разработка и исследование токовводов и соленоида на основе ВТСП 2го поколения. Создание и исследование криомагнит-ной системы на основе криорефрижератора замкнутого цикла и криогенного теплового ключа, обеспечивающей стабилизацию температуры исследуемого образца в интервале 6-300 К при индукции магнитного поля 7-8 Тл.

Научная новизна: В работе ВТСП 2-го поколения впервые успешно применены для улучшения параметров токовводов. Предварительно было проведено исследование различных методик создания электрических контактов между ВТСП второго поколения и металлом. Определены условия стабильности контактов. Экспериментально подтверждена стабильность критических свойств ВСТП 2-го поколения при длительной работе под токовой нагрузкой при 77 К.

Предложен метод расчета критических параметров ВТСП соленоида. Сложность расчета состоит в том, что критический ток ВТСП ленты зависит от угла между поверхностью ленты и вектором магнитного поля, причем характер зависимости критического тока от угла зависит от индукции магнитного поля.

Впервые метод слоевой намотки применен для создания ВТСП соленоида малого диаметра, что позволило увеличить плотность тока в соленоиде, тем самым повысить его рабочие характеристики.

Предложен и экспериментально исследован метод обеспечения температурного режима исследуемого образца и сверхпроводящего соленоида при помощи криогенного теплового ключа.

Положения, выносимые на защиту:

1. Токовводы на основе ВТСП 2-го поколения для криомагнитных систем, охлаждаемые потоком газообразного гелия без дополнительного охлаждения жидким азотом. Величины теплопритоков к жидкому гелию для представленных токовводов находятся на уровне лучших мировых образцов, изготовленных на основе ВТСП 1-го поколения для большого адронного коллайдера.

2. Экспериментальные результаты исследования различных методик создания электрических контактов между ВТСП проводником второго поколения и металлом. Определены условия стабильности контактов. Найдено, что Толщина серебряного стабилизирующего слоя должна составлять не менее 1 мкм.

3. Результаты исследования долговременной стабильности ВТСП проводников второго поколения. Экспериментально подтверждена стабильность кри-

тических свойств ВСТП проводников после пропускания постоянного тока составляющего 70% от критического в течение 300 часов при 77 К.

4. Соленоид из ВТСП провода 2-го поколения. Применение метода слоевой намотки соленоида вместо широко используемой галетной технологии позволило значительно повысить плотность тока в обмотке, тем самым снизить расход проводника. Свойства ВТСП проводников 2-го поколения (значительные критические механические напряжения и высокая критическая плотность тока) позволяют использовать их для генерации магнитных полей с индукцией не менее 32 Тл при 4.2 К, что выше предельного значения для низкотемпературных сверхпроводников, составляющего 22 Тл для МЬ^п.

5. Предложен и реализован в среде Май\сас1 метод расчета критического тока ВТСП соленоида для магнитных полей с индукцией до 15 Тл.

6. Предложен и экспериментально исследован метод измерения физических величин в магнитном поле и широком интервале температур в криомагнит-ной системе на основе криорефрижератора замкнутого цикла, особенностью которой является применение криогенного теплового ключа. Криогенный теплового ключ позволил существенно упростить конструкцию системы и отказаться от использования дополнительного криорефрижератора для обеспечения температурного режима исследуемого образца.

Личный вклад автора заключается в обосновании выбора предложенных решений, математическом моделировании и изготовлении конструкторской документации для ВТСП токовводов, ВТСП соленоида и криомагнитной системы замкнутого цикла, подготовке и проведении экспериментов, анализе полученных данных и их интерпретации, составлении отчетной документации; подготовке материалов для публикаций и докладов на конференциях.

Апробация работы: Основные результаты диссертационной работы докладывались на 8 следующих конференциях: 2-я международная конференция "Фундаментальные проблемы высокотемпературной сверхпроводимости" (Россия, Звенигород, 2006); 21-я Международная конференция по криогенной инженерии (1СЕС21) (Чехия, Прага, 2006); Европейская конференция по прикладной сверхпроводимости (ЕиСАБ 2007) (Бельгия, Брюссель, 2007); Научная сессия МИФИ-2008 (Россия, Москва, 2008), 22 Международная конференция по криогенной инженерии (1СЕС22) (Корея, Сеул, 2008), 3-я международная конференция "Фундаментальные проблемы высокотемпературной сверхпроводимости" (Россия, Звенигород, 2008); Европейская конференция по прикладной сверхпроводимости (ЕиСАБ 2009) (Германия, Дрезден, 2009); 21 Международная конфе-

ренция по магнитным технологиям (МТ-21), (Китай, Хефей, 2009).

Публикации: Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 11 печатных трудах, в том числе 2 статьи, 1 патент РФ, 8 публикаций в трудах конференций.

Структура и объем диссертации: Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы, изложенных на 110 страницах, содержит 55 рисунков и 6 таблиц, 85 наименований в списке литературы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, формулируются цели и задачи исследований, приведена структура диссертационной работы.

В первой главе приведен краткий литературный обзор.

В первой части рассмотрены различные ВТСП материалы для создания CMC. Показано, что наиболее предпочтительными оказываются ВТСП 2-го поколения. Наилучшие представители ВТСП 1-го поколения значительно уступают по критическим механическим напряжениям. Круглые провода Bi2212 требуют термической обработки в среде 02 чувствительной к температуре отжига.

Критический ток ВТСП ленты зависит от угла между направлением магнитного поля и поверхностью ленты, что должно быть учтено при расчете CMC.

Во второй части рассмотрена проблема оптимизации теплопритоков в CMC путем использования ВТСП токовводов. В большинстве криомагнитных систем с ними связан основной теплоприток к жидкому гелию. Известно [1], что теоретический минимальный теплоприток к нижнему концу несверхпроводящего токоввода в интервале температур 4.2-300 К составляет 1.04 Вт/кА при охлаждении парами испарившегося гелия. Применение ВТСП в токовводах позволяет в несколько раз снизить значение теплопритока [2, 3]. В большинстве работ описаны токовводы с дополнительным охлаждением ВТСП части потоком газообразного гелия с температурой 20К. Такой режим охлаждения реализуется в токовводах для большого адронного коллайдера. При этом для ВТСП токовво-дов, охлаждаемых исключительно парами испарившегося гелия [4] теплоприток к жидкому гелию оказался выше, чем для несверхпроводящих токовводов, что может быть связано с низкой токонесущей способностью ВТСП на момент проведения исследований. К моменту проведения настоящих исследований, данных о применении ВТСП 2-го поколения в токовводах не было.

В третьей части рассмотрены различные CMC на основе ВТСП. Несмотря на то, что критическая температура ВТСГ1 выше температуры кипения жидкого азота, при 77 К токонесущая способность ВТСП недостаточна для создания

CMC с индукцией магнитного поля выше 2 Тл. Однако при температуре кипения жидкого гелия ВТСП материалы имеют ряд преимуществ по сравнению с низкотемпературными сверхпроводниками (НТСП) на основе NbTi и Nb3Sn. Рекордное магнитное поле полученное с помощью НТСП соленоида составляет 22 Тл при 4.2 К. К настоящему времени ВТСП испытаны в магнитных полях с индукцией до 45 Тл, генерируемых с помощью несверхпроводящих магнитов. При этом токонесущая способность ВТСП при 4.2 К достаточна для создания CMC. Кроме того, критические механические напряжения для ВТСП 2-го поколения значительно выше, чем для низкотемпературных сверхпроводников.

Учитывая высокую стоимость ВТСП, во всех работах ВТСП соленоиды используются в качестве внутренней секции несверхпроводящего магнита или соленоида на основе НТСП для повышения индукции магнитного поля.

В четвертой части описан принцип работы криогенного рефрижератора на цикле "Пульсационная труба".

В пятой части дан обзор CMC на основе криорефрижераторов замкнутого цикла. Для охлаждения сверхпроводящих магнитов до 4 К применяются криогенные рефрижераторы, работающие на циклах Гиффорда - Макмагона и "пуль-сационной трубы" (ПТ) [5]. В большинстве CMC магнитное поле создается в отверстии, имеющем комнатную температуру. Для исследований при пониженных температурах используется второй криорефрижератор. Системы на основе одного криорефрижератора производятся компанией Cryogenics Limited (Великобритания) [6] с 2006 года. Кроме конечных результатов, других данных, касающихся конструкции или технологии изготовления системы не публикуется. Минимальная температура для используемого криорефрижератора составляет 2,7 К. Достижение минимальной температуры вставки 1,6 К и дополнительный резервуар с газообразным гелием позволяют предположить принцип работы системы. Газообразный гелий из резервуара ожижается при помощи криорефрижератора, затем используется для охлаждения вставки. Однако в данном случае время работы при температуре ниже 4,2 К должно быть конечно (пока не закончится жидкий гелий). Данные о времени поддержания 1,6 К на вставке не сообщаются. Кроме того, для ожижения гелия требуется дополнительное время, в связи с чем время выхода на рабочий режим составляет 24 часа.

В шестой части рассмотрены криогенные тепловые ключи. Наиболее перспективными для применения в диапазоне 6 - 300 К являются тепловые ключи с зазором, заполняемым теплообменным газом. Преимуществом данных тепловых ключей является отсутствие подвижных частей, возможность работы в магнит-

ном поле и простота конструкции. Тепловой ключ состоит из двух коаксиальных медных цилиндров, заключенных в в кожух из нержавеющей стали. Теплопроводность ключа изменяется при заполнении или вакуумировании пространства между медными цилиндрам теплообменным газом (гелий, водород, неон). Хотя данный тип тепловых ключей предложен еще в 1973 г [7], данных о его применении в криомагнитных системах для одновременного обеспечения температурного режима исследуемого образца и сверхпроводящего соленоида нет.

Во второй главе в первой части приведены экспериментальные результаты по исследованию различных методик создания электрических контактов между ВТСП 2-го поколения и металлом. К моменту начала исследований (2006 г) производителями ВТСП не давалось практических рекомендаций по технологии создания контактов. Более того, различные методики создания контактов исследуются по сей день [8,9].

Исследован ВТСП 2-го поколения на основе DyBCO, производства THEVA (Германия), сечением 4x0,1 мм2. Структура ВТСП ленты THEVA нанесена на подложку из никелевого сплава Hastelloy С276 (Рис.1).

350 нм Ад 2.2 мкм DyBCO

300 нм МдО Cap layer

^ 3 мкм МдО ISD

Рис.1. Поперечное сечение ВТСП THEVA.

Для практического применения ленты, необходимо было разработать технологию пайки ВТСП лент между собой и с нормальным металлом. При использовании припоев Sn60Pb40, Sn40Pb60 наблюдалось растворение серебряного слоя в припое. При применении специализированного припоя In96Ag4, полного растворения серебра в припое избежать не удалось.

Растворение серебряного слоя отсутствовало при использовании припоя Sn62PbAg2, при температуре жала паяльника не выше 200 °С. Однако после пайки наблюдалось отслоение серебряного слоя от ВТСП под действием термомеханических напряжений при охлаждении до 77 К (рис.2).

Рис.2. Отслоение серебряного слоя ВТСП ТНЕУА Растворение поверхностного слоя отсутствовало также при использовании сплава Вуда, но соединение не выдерживало многократного термоциклирования (см. 3). Для исследования контактного сопротивления при использовании различных припоев и флюсов, исследуемый образец припаивался клеммам вторичной обмотки трансформатора, при этом схема включения по сути представляла собой резистивный токоограничитель, предотвращающий повреждение ВТСП ленты случае её перехода в нормальное состояние.

Снято несколько вольт - амперных характеристик ВТСП лент различающихся технологией пайки (различные флюсы, температуры жала паяльника). На рис.3 приведена одна из таких характеристик.

1,А

рис.3. Зависимость напряжения на контактах от тока

В эксперименте использовалась ВТСП лента ТНЕУА сечением 0,1x10 мм2. При термоциклировании наблюдалось снижение тока перехода в несверхпроводящее состояние, связанное с деградацией паянного соединения.

Также исследовались свойства прижимных электрических контактов с промежуточным слоем индия. Экспериментально измеренное контактное сопротивление при 77 К составило 2.2 мкОм*см2.

Полученные результаты показали, что исследуемая ВТСП лента производства THEVA в существующем виде малопригодна для использования в токов-водах. Для дальнейших исследований использовалась ВТСП лента с увеличенной толщиной серебряного слоя (1,5 мкм), для которой удалось осуществить пайку к медной шине при помощи In96Ag4 припоя. Соединение было устойчиво к многократному (более 30) термоцикл пропан ию 300-77-300 К. Характерное контактное электрическое сопротивление составило 1 мкОм*см2 при 77 К.

Вторым объектом исследования был ВТСП 2-го поколения SCS4050 на основе YBCO, производства Superpower (США), сечением 4x0.1 мм2. Структура ВТСП ленты представлена на рис. 4.

Следует отметить, что провод 8С8 4050 герметично покрыт медным слоем толщиной 20 мкм, поэтому процесс пайки не вызвал затруднений и был осуществлен стандартным припоем ПОС-61. Характерное контактное сопротивление составило 40 нОм*см2 при 77 К.

Во второй части приведены результаты исследования долговременной стабильности ВТСП 2-го поколения. Целью исследований являлось изучение стабильности критических свойств (Тс и 1с) ВТСП 2-го поколения после длительного пропускания транспортного тока 0.7 1с при 77К в изотермических условиях (без термоциклирования). Серия опытов проведена на образцах сверхпроводящей ленты производства компании ТНЕУА и 8ирегРо\усг, сечением 4x0,1 мм2. Необходимость исследований была обусловлена наличием литературных данных о деградации критического тока в тонких пленках ВТСП при

рис.4. Структура ВТСП ленты SCS4050

длительном пропускании тока [10]. Для предотвращения возможной деградации свойств ВТСП проводника в процессе пайки, использовались прижимные токовые и потенциальные контакты с промежуточным слоем индия.

Вольт-амперные характеристики ВТСП, полученные в различные периоды времени, представлены на рис.5 и рис.6.

=> 8

0 10 20 30 40 50 60 70 I, А

Рис.5. Вольт-амперные характеристики ВТСП ТНЕУЛ.

■5 10 2

Э 8

6 4 2 0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 ток, А

Рис.6. Вольт-амперные характеристики ВТСП 8ирегРо\уег.

I I I И I I I I I т

пер< зд пропусканием 1 ока I

после 100 ч

после 200 ч II

после 300 ч

-Л

1 цУ / ст

=4=4- ¡г-

в течение 100, 200 и 3 00 часов

( до пропускания тока |

¡1 шВ/см !

ВТСП THEVA имел критические параметры Тс = 90 К и 1с= 63 А (при 77 К) и размеры 108x4x0,1 мм3. ВТСП SuperPower имел критические параметры Тс = 92 К и 1с= 72 А (при 77 К) и размеры 110x4x0,1 mmj. Через образцы пропускался транспортный ток 43 ± 1 А и 50 ± 1 А соответственно.

В проведенных экспериментах продемонстрирована высокая стабильность параметров ВТСП лент второго поколения при пропускании постоянного тока 0,7 1с в изотермических условиях при Т=77К.

В третьей главе отражены вопросы разработки и испытания токовводов.

В первых трех частях главы представлены общее описание токовводов. методика расчета и методика испытания. Были изготовлены и испытаны две пары токовводов на основе ВТСП производства SuperPower и Theva. Основные принципы построения в обеих конструкциях одинаковы. Токовводы рассчитаны на использование их при токах до 200 А, охлаждаемые потоком газообразного гелия, без дополнительного охлаждения жидким азотом. Токовводы состоят из трех секций (нормальной, смешанной и ВТСП), которые механически и электрически связаны между собой.

В четвертой части приведен расчет и результаты испытания токовводов на основе ВТСП SuperPower. Конструкция токовводов представлена на рис.7.

ВТСП часть Смешанная часть Нормальная часть

Рис.7. Конструкция 200 А токоввода.

Механическая основа представляет собой трубку из нержавеющей стали 12Х18Н10Т, для улучшения теплоотдачи от токоввода к охлаждающему газу используется поперечное оребрение в виде медных колец. Нормальная часть представляет собой 4 латунных полоски, впаянных в прорези медных колец мягким припоем. В смешанной части, верхняя точка которой имеет температуру 90 К, на латунные полоски дополнительно припаиваются 4 ВТСП проводника 2-го поко-ле-ния. Нижняя точка смешанной части имеет температуру 40 К, в этом месте она пе-реходит в ВТСП часть, где сверхпроводящие ленты впаиваются в прорези

медных колец без использования латунных шунтов, что позволяет снизить теп-лоприток за счет теплопроводности по твердому телу.

Фотография токовводов представлена на рис. 8. Основные расчетные параметры токоввода представлены в Таблице 1.

Рис.8. Токовводы на основе ВТСП провода SuperPower.

Интервал температур (К)/секция Материал Теплопроводность (Вт/м*К) Сечение (мм2) Длина (м)

300-90 / (нормальная!) Латунь + Ст. 12Х18Н1 ОТ 57.0 52.0 0,22

90-40 /(смешанная) Латунь + ВТСП + Ст.12Х18Н10Т 39.5 52.8 0,08

40-4.2 /(ВТСП) Ст.12Х18Н10Т + ВТСП 27.5 22.8 0,12

Таблица !. Основные расчетные параметры токоввода

Токовводы были испытаны в транспортом сосуде с жидким гелием. Начальная испаряемость жидкого гелия из транспортного сосуда соответствовала тепло-притоку в 180 мВт. После размещения вставки с токовводами теплоприток к жидкому гелию возрос до 280 мВт, что соответствует дополнительному тепло-ритоку связанному с токовводами в 50 мВт на каждый токоввод при нулевом то-

ке. Зависимость теплопритока к жидкому гелию от транспортного тока приведена на рис. 9.

350 300 250

< 200

с ш

t 150

100 50

/ л

II \

/ \

м- J

1 J

i J

225

200

175 $

150 "О со

125 Ф а.

га

100 0)

га

75 X

14:30 15:00 15:30 16:00 16:30 17:00 17:30 18:00 18:30 19:00 19:30 time (hh:mm)

Рис.9. Зависимость теплопритока к жидкому гелию от транспортного тока.

Эксперимент подтвердил работоспособность токовводов в течение длительного времени при расчетном токе, и при кратковременной работе (порядка 40 мин) при токах выше расчетного. Дополнительный теплоприток к жидкому гелию, составил 127 мВт в расчете на один токоввод при 200 А, что примерно в 1,7 раза меньше теоретически минимально возможного теплопритока для несверхпроводящих токовводов. Конструкция токовводов позволяет увеличить токонесущую способность до 1000 А при помощи увеличения числа ВТСП лент и увеличения сечения несверхпроводящих частей.

В пятой части описаны токовводы на основе ВТСП THEVA.

В токовводах используются два ВТСП сечением 10x0.1 мм2 с критическим током 150 А (при 77К, 0 Т) без дополнительного стабилизационного слоя.

Конструкция токовводов схожа с конструкцией токовводов на основе провода Superpower, за исключением нескольких отличий. 1) Механическая основа выполнена в виде 4х стержней из нержавеющей стали. 2) Из-за технической сложности пайки ВТСП ленты THEVA с массивным медным или латунным проводником, в смешанной части токовводов используется прижимной контакт ВТСП лент с несверхпроводящей частью. ВТСП лента прижимается к латунной шине гальванически покрытой золотом при помощи тефлоновых колец, которые 12

благодаря более высокому коэффициенту теплового расширения (в сравнении с латунью и нержавеющей сталью), сжимаясь при охлаждении, обеспечивают электрический контакт.

Основные расчетные параметры токоввода представлены в Таблице 5.

Интервал Температур (К)/секция Материал Теплопроводность (Вт/м*К) Сечение (мм2) Длина (м)

300-90/ (нормальная1) Латунь + Ст.12Х18Н10Т 66.9 42.6 0,271

90-40 / (смешанная) Латунь + ВТСП + Ст.12Х18Н10Т 38.2 44.6 0,139

40-4.2 /(ВТСП) Ст.12Х18Н10Т + ВТСП 2.3 14.6 0,09

Таблица 5. Основные расчетные параметры токоввода Фотография ВТСП токовводов представлена на рис.10.

Ч&Ч.

;

\ч

х>

■■■V

Рис.10. Фотография токовводов на основе ВТСП ленты ТНЕУА.

На рис. 11 приведена зависимость теплопритока к жидкому гелию от транспортного тока.

200

150 -

100-

1 1

г \

1 / N

Г-""" N

—^ \

Г 1

2000

4000

ВООО 8000

время, сек

юооо

800

700

600

500

400

о.

300 с; с:

200

100

12000

Рис.11. Результаты испытания ВТСП токовводов.

Дополнительный теплоприток к жидкому гелию, связанный с токовводами составил 93 мВт в расчете на один токов вод при 200 А (на графике показан полный теплоприток жидкому гелию, включающий в себя фоновое парение гелиевого сосуда равное 170 мВт), что примерно в 2,3 раза меньше теоретически минимально возможного теплопритока для несверхпроводящих токовводов. То-коввод был испытан кратковременно (порядка 5 мин) при токах до 400А. При этом ВТСП часть токоввода оставалась в сверхпроводящем состоянии. Данный факт свидетельствует о возможности увеличения рабочего тока до 400 А при увеличении сечения несверхпроводящих частей.

Эксперименты подтвердили, что обе пары токовводов устойчивы к термо-циклированию и длительной работе при расчетном токе.

В случае использования ВТСП токовводов, теплоприток к жидкому гелию обратно пропорционален длине ВТСП секции токовводов. Относительные теп-лопритоки к жидкому гелию составляют 76.2 и 45.1 мВт*м / кА. В различных конструкциях ВТСП токовводов для большого адронного коллайдера относительные теплопритоки к жидкому гелию составляют 47 - 221 мВт*м / кА [11] Таким образом, параметры созданных токовводов находятся на уровне лучших мировых стандартов, созданных с использованием ВТСП 1го поколения.

В четвертой главе в первой части приведена методика расчета соленоида.

Во второй части приведены основные расчетные параметры и результаты испытания соленоида изготовленного из ВТСП 2-го поколения производства Superpower (см. рис.12). Соленоид был импрегнирован клеем "Криосил" на основе эпоксидной смолы.

Рис.12. Фотография ВТСП соленоида.

Сложность расчета ВТСП соленоида состоит в том, что критический ток ВТСП ленты зависит от угла между поверхностью ленты и вектором магнитного поля, причем характер зависимости критического тока от угла зависит от индукции магнитного поля. Расчет индукции магнитного поля в обмотке ВТСП соленоида был проведен по методике [1]. Для этого в среде МаЛсас! была написана программа выдающая матрицы коэффициента индукции магнитного поля и угла к поверхности ленты с заданным шагом по радиусу и осевому направлению. Далее в заданных точках определялось значение критической плотности тока. Зависимость критической плотности тока ВТСП ленты от индукции магнитного поля (0-15 Тл) для углов 0, 45, 67.5 и 90 градусов между нормалью к поверхности ленты и вектором магнитного поля была взята из работы [12], промежуточные значения были получены методом билинейной интерполяции. Для определения критического тока соленоида были взяты интегралы критической плотности тока по сечению ВТСП ленты для каждого витка. Минимальное значение критического тока (определяемого по критерию 1 мкВ / см) составило 431 А для витков, находящихся вблизи верхнего и нижнего фланцев соленоида.

Большинство ВТСП соленоидов изготавливается по галетной технологии. В разработанном соленоиде применена технология слоевой намотки, которая позволяет значительно упростить процесс намотки. Соленоид намотан из одного куска провода, что избавляет от необходимости создания низкоомных контактов между галетами, что само по себе является довольно сложным процессом. Вторым несомненным преимуществом данной технологии является компактность соленоида, что является ключевым параметром при использовании его в качест-

ве внутренней вставки в сверхпроводящий соленоид на основе НТСП. К недостаткам технологии необходимо отнести невозможность внести изменения в уже изготовленный соленоид, что возможно в галетной технологии, где соленоид может быть разобран на отдельные галеты, секция с наихудшими параметрами изготовлена заново или перемещена в область низкого магнитного поля.

Основные параметры соленоида приведены в Таблице 3:

Диаметр отверстия 19.6 мм

Внешний диаметр магнита 38 мм

Внешний диаметр обмотки 34 мм

Высота обмотки 50 мм

Использовано провода (8СБ4050) 37 м

Число витков 358

Таблица 3. Основные параметры ВТСП соленоида. Изготовленный модельный магнит способен генерировать магнитное поле с индукцией до 0.29 Т при 77 К. Результаты испытания соленоида при 4.2 К представлены на рис. 13.

Current, А

Рис.13. Результаты испытания ВТСП соленоида при 4.2 К. Ток перехода ВТСП соленоида в несверхпроводящее состояние при 4.2 К равен 470 А, при этом индукция магнитного поля в центре соленоида составляет 3.51 Тесла.

Данное магнитное поле легко достижимо с помощью более дешевого NbTi провода, поэтому наиболее перспективным является использование ВТСП соленоида не как отдельного изделия, а в качестве внутренней секции соленоида на основе NbTi или Nb3Sn.

В третьей части главы приведены результаты испытания ВТСП соленоида внутри CMC на основе NbTi. Основные параметры CMC приведены в таблице 4:

Коэффициент соленоида 37,3 мТл/А

Внутренний диаметр обмотки 52 мм

Внешний диаметр обмотки 144 мм

Высота обмотки 160 мм

Диаметр рабочего отверстия 45 мм

Максимальное магнитное поле 8,5 Тл

Таблица 4. Основные параметры CMC на основе NbTi

Зависимости от времени поля в центре, тока в NbTi соленоиде и тока в ВТСП соленоиде приведены на Рис.14.

Время, сек

Рис.14 Результаты испытания ВТСП соленоида внутри CMC

Во внешнюю №>"П секцию вводился ток 170,4 А, при этом внешний соленоид генерировал магнитное поле 6,36 Тл. Затем сверхпроводящий ключ из Т^ЫМ переводился в сверхпроводящее состояние и внешняя секция работала в режиме замороженного поля. Во внутреннюю ВТСП секцию ток вводился до перехода в нормальное состояние. Ток перехода составил 394 А, суммарное магнитное поле составило 9,23 Тл. После этого ток внешней секции был увеличен до 196,4 А, при этом ]\Ь'П соленоид генерировал поле 7,27 Тл. Во внутреннюю ВТСП секцию ток вводился до перехода в нормальное состояние. Ток перехода составил 384А, суммарное магнитное поле, генерируемое гибридным магнитом, составило 10,06 Тл. Разработанная технология может быть использована для создания гибридных сверхпроводящих магнитов (ЫЬТ!+№>з8п+ВТСП) с магнитным полем более 20 Тл.

Использование ВТСП вставок является единственным способом достижения магнитных полей с индукцией выше 22 Тл при 4.2 К в магнитных системах на основе сверхпроводников.

В пятой главе описана сверхпроводящая магнитная система с использованием криорефрижератора замкнутого цикла.

В первой части главы описана методика расчета криомагнитной системы.

Во второй части дано детальное описание конструкции криостата. Отличительной особенностью представленной магнитной системы является использование одного криорефрижератора для охлаждения сверхпроводящего магнита и вставки с переменной температурой (5.5 -300 К), что достигается применением теплового ключа в хладопроводе, соединяющем 2-ю ступень криорефрижератора и вставку с переменной температурой. Сверхпроводящий соленоид намотан на медный каркас для улучшения охлаждения за счет теплопроводности. Схема криомагнитной системы представлена на рис. 15.

г -I

Рис. 15. Схема криомагнитной системы Для снижения теплопритока излучением от вакуумного кожуха криостата к сверхпроводящему магниту и второй ступени криорефрижератора используется медный тепловой экран, охлаждаемый 1-ой ступенью криорефрижератора до 40 К. Дополнительный тепловой экран, размещенный во внутреннем простран-! стве соленоида служит для снижения перегрева магнита при высоких ( >50К )

температурах исследуемого образца.

Диаметр вставки с держателем образца - 20 мм. На вставке смонтирован резистивный нагреватель, который совместно с ПИД температурным регулято-I ром используется для поддержания постоянной температуры в интервале 5.5 — , 300 К.

На рис. 16 представлена фотография криостата с габаритными размерами, на и внутреннее устройство криостата (медный экран снят).

Рис.16. Фотография криомагнитной системы

Токовводы для питания соленоида состоят из 2-х частей. Первая, несверхпроводящая часть изготовлена из латуни. Нижняя часть латунных токовводов имеет тепловую связь с первой ступенью криорефрижератора, в этом к ней припаяны ВТСП ленты второго поколения БС84050. Нижняя часть ВТСП лент имеет тепловую связь со второй ступенью криорефрижератора, где к ней припаивается сверхпроводящий провод на основе ЫЬ'П, из которого изготовлен соленоид.

Для улучшения вакуума на второй ступени криорефрижератора размещен угольный адсорбционный насос.

В третьей части главы дано описание и приведены расчетные параметры криогенного теплового ключа.

Тепловой ключ представляет собой 2 коаксиальных медных трубки, заключенных в герметичный кожух из нержавеющей стали. Теплопроводность ключа зависит от давления газообразного гелия в зазоре между медными трубками. При высоких температурах вставки с образцом тепловой ключ, соединяющий 2ю ступень криорефрижератора и объем с переменной температурой, должен иметь низкую теплопродность для избежания перегрева сверхпроводящего магнита, что достигается вакуум ированием пространства между коакси-20

е плов ой ключ!

криорефр>

альными трубками. Заполнение внутреннего пространства теплового ключа газообразным гелием значительно повышает его теплопроводность, что приводит к эффективному охлаждению вставки с образцом при низких температурах. Схема теплового ключа представлена на рис. 17.

Внешний теплопровод

Рис.17. Схема теплового ключа.

Тепловой ключ имеет следующие параметры: длина - 100 мм, внешний кожух - трубка из нержавеющей стали 12Х18Н10Т 14x0,14 мм2. Внутренний теплопровод - трубка из меди М1 с внешним диаметром 8 мм, толщиной 1 мм. Внешний теплопровод — трубка из меди М1 с внутренним диаметром 8.3 мм, толщиной 1 мм.

Дополнительный расчетный теплоприток ко второй ступени криорефри-жератора при температуре вставки 295 К составляет 0,8 Вт при условии вакуу-мирования ключа с помощью форвакуумного насоса до остаточного давления 10"2 мм. рт. ст. При температуре шахты с образцом, равной 5.5 К, тепловым ключом от шахты образца ко второй ступени криорефрижератора может быть отведена тепловая мощность 0,188 Вт.

В четвертой части главы приведен расчет теплопритоков в криомагнитной системе. Суммарный теплоприток к 1-й ступени криорефрижератора составляет 18.2 Вт при рабочем токе 90 А и 14.2 Вт при обесточенном соленоиде, что значительно меньше её хладопроизводительности, составляющей 40 Вт при 45 К.

Суммарный теплоприток ко 2-ой ступени криорефрижератора при температуре вставки с образцом равной 295 К составляет 0.965 Вт. При низкой температуре вставки с образцом, близкой к 5 К, расчетный теплоприток ко 2-й ступени криорефрижератора не превышает 0,351 Вт, поэтому возможно ожидать, что температура сверхпроводящего соленоида будет ниже 4.2 К. Следует отметить, что хладопроизводительность 2-ой ступени криорефрижератора составляет 1 Вт при 4.2 К.

В пятой части главы приведен расчет соленоида и результаты его предварительного испытания в криостате с жидким гелием. Экспериментально были определены следующие параметры: Критический ток: 87,82 А Максимальное поле в центре: 8,22 Тл Коэффициент соленоида: 93,603 мТ / А.

Критический ток соленоида достиг расчетный ток короткого образца сверхпроводника, что говорит о высоком качестве изготовления CMC.

В шестой части приведены результаты испытания криомагнитной системы. Время выхода системы на рабочий режим составляет 6 часов без какого-либо предварительного охлаждения. При этом тепловой экран охлаждается до ЗОК, а сверхпроводящий соленоид до 3.5 К. Зависимость температур различных компонентов системы от времени при захолаживании криомагнитной системы представлена на рис. 18.

300

4 6

время,часы

Рис. 18. Захолаживание криомагнитной системы.

При разомкнутом тепловом ключе вставка с образцом охлаждается до 50 К за счет теплопередачи излучением. Таким образом, существует два критических режима с наибольшим теплопритоком от вставки к сверхпроводящему соленоиду: 22

1 .Температура вставки = 300 К, тепловой ключ разомкнут 2.Температура вставки = 50 К, тепловой ключ замкнут Очевидно, что во всех других режимах теплоприток к магниту будет меньше.

Для получения промежуточных температур (5.3 - 50 К) экспериментально установлено, что остаточное давление гелия в тепловом ключе должно быть порядка 15 мм. рт. ст. При смене образца, вставка с образцом может быть охлаждена от комнатной температуры до 5.4 К за 80 минут.

Характерное время восстановления системы после перехода в несверхпроводящее состояние составляет 32 минуты. После перехода в несверхпроводящее состояние максимальная температура соленоида составляет 43.6 К.

На графике 19 представлено обобщение всех результатов испытания криомагнитной системы при различных температурах вставки с образцом и состояниях криогенного теплового ключа.

8,4-

Е ,5

га С-

§2 сг

2.*

^ &

ф о

I ® 3,5

8,2 8,0 7,8 7,6

7.4 7,2 7,0

5.5 5,0 4,5 4,0

зг

100

150

200

250

300

£ § ^ о

3,0

- . . ..

4 /-

■---

250

100 150 200 Температура вставки (К) Рис. 19. Обобщение результатов испытания криомагнитной системы

300

Представленное на графике значение температуры соленоида является стационарным, то есть оно измерение в каждой точке продолжались до тех пор

пока температура соленоида не стабилизируется, в некоторых случаях этот процесс занимал до 2х часов.

Криомагнитная система обеспечивает температуру вставки в диапазоне 5.4 - 300 К, при этом индукция магнитного поля составляет 7.1 - 8.3 Т в зависимости от режима работы.

ВЫВОДЫ. ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

1. Впервые ВТСП второго поколения применены в токовводах для крио-магнитных систем, охлаждаемых потоком газообразного гелия без дополнительного охлаждения жидким азотом. Величины теплопритоков к жидкому гелию для представленных токовводов находятся на уровне лучших мировых образцов, изготовленных на основе ВТСП 1-го поколения для большого адронного кол-лайдера.

2. Проведено исследование различных методик создания электрических контактов между ВТСП проводником второго поколения и металлом. Определены условия стабильности контактов. Найдено, что Толщина серебряного стабилизирующего слоя должна составлять не менее 1 мкм.

3. Проведено исследование долговременной стабильности ВТСП проводников второго поколения. Экспериментально подтверждена стабильность критических свойств ВСТП проводников после пропускания постоянного тока составляющего 70% от критического в течение 300 часов при 77 К.

4. Предложен и реализован в среде МаАсас! метод расчета критического тока ВТСП соленоида для магнитных полей с индукцией до 15 Тл

5. Разработан и изготовлен соленоид из ВТСП провода 2-го поколения. Применение метода слоевой намотки соленоида вместо широко используемой галетной технологии позволило значительно повысить плотность тока в обмотке, тем самым снизив расход проводника. Свойства ВТСП проводников 2-го поколения (значительные критические механические напряжения и высокая критическая плотность тока) позволяют использовать их для генерации магнитных полей с индукцией не менее 32 Тл при 4.2 К, что выше предельного значения для низкотемпературных сверхпроводников, составляющего 22 Тл.

6. Впервые предложен и экспериментально исследован метод обеспечения температурного режима исследуемого образца в сверхпроводящей магнитной системе на основе криорефрижератора замкнутого цикла при помощи криогенного теплового ключа.

Применение криогенного теплового ключа позволило существенно упростить конструкцию системы и отказаться от использования дополнительного криорефрижератора для обеспечения температурного режима исследуемого образца.

Изготовленная компактная криомагнитная система обеспечивает температуру вставки с образцом в диапазоне 5.4 - 300 К при индукции магнитного поля 7.1-8.3 Т.

Основные результаты опубликованы в следующих работах:

1. Алексеев М.П., Демихов Е.И., Костров Е.А., Мальгинов В.А., Цховре-бов A.M., "Исследование возможности технического применения ВТСП ленты 2-го поколения THEVA", сборник трудов 2ой международной конференции ФПС'06 (2006), стр. 257-258

2. Demikhov Е, Kostrov Е, Lelekhov S, Irgmaier К, Prusseit W, "Development of the 400 A 2nd generation HTS current leads", Proceedings of International Cryogenic Engeneering conferention ICEC 21, Praha, Czech Republic, 2006, pp. 273-276

3. Демихов Е.И., Костров E.A., Цховребов A.M. «Применение ВТСП проводов 2-го поколения в сверхпроводящих магнитных системах». Научная сессия МИФИ-2008, т.7, стр.78

4. Е Demikhov , Е Kostrov and A Tstkhovrebov, "Vapour cooled 2G HTS current leads", Journal of Physics: Conference Series 97 (2008) 012115

5. E I Demikhov, G N Mikhailova, V P Aksenov, L H Antonova, L D Iskhako-va, L N Zherikhina, E A Kostrov, S V Lavrishchev, V S Mikhailov, A V Troitskii and A M Tshovrebov, "Study of reliability of the HTS tapes in electrical circuit at 77 K", Journal of Physics: Conference Series 97 (2008) 012321

6. E. Demikhov, K. Irgmaier, E. Kostrov, W. Prusseit, A. Tstkhovrebov, L. Zhe-rihina, "2nd generation HTS wire hybrid superconducting magnet system",", Proceedings of International Cryogenic Engeneering conferention ICEC 22, Seoul, Korea, 2008, pp. 901-906

7. E. И. Демихов, E. А. Костров, "Токоввод на основе высокотемпературного сверхпроводящего материала", Патент РФ 2007133372/22

8. Е.И. Демихов, JI.H. Жерихина, Е.А. Костров, A.M. Цховребов, "Применение ВТСП проводов 2-го поколения в сверхпроводящих магнитных системах", сборник трудов Зей международной конференции ФПС'08 (2008), стр. 250-251

9. Г.Н. Михайлова, Е.И. Демихов, В.П. Аксенов, JI.H. Жерихина, Е.А. Костров, B.C. Михайлов, А.В. Троицкий, A.M. Цховребов, "Долговременная ста-

бильность сверхпроводящей ленты на основе Bi(2223) и Dy(123) в цепи постоянного тока", Журнал технической физики, 2009, том 79, вып. 2,72-75

10. Е. Demikhov, Е. Kostrov, V. Lysenko, N. Piskunov, and V. Troitskiy, "8 T Cryogen Free Magnet With a Variable Temperature Insert Using a Heat Switch", IEEE Transactions on applied superconductivity, vol. 20, No. 3, 612-616, June 2010

11. E. Demikhov, E. Kostrov, V. Lysenko, N. Piskunov, and V. Troitskiy, "8 T cryogen free magnet with variable temperature space", Journal of Physics: Conference Series 234 (2010) 032031

Цитируемая литература:

[1]M. Уилсон, Сверхпроводящие магниты, Москва, Мир, 1986.

[2] К. Shiohara, S. Sakai, S. Ohki, Y. Yamada, K. Tachikawa et al, 'Transport performance of a HTS current lead prepared by the TFA-MOD processed YBCO tapes", Physica С 469 (2009) 1870-1872

[3] Good, A. Allit, L. Martini, "13000 A current leads with 1.5 W heat load to 4.5 К for the large hadron collider at CERN", Physica В 284-288 (2000) 2093-2094

[4] В. Zeimetzy, S. Dou and H. Liu, "Vapour cooled high Tc current leads utilizing Bi-2223/Ag tapes", Supercond. Sci. Technol. 11 (1998) 1091-1094

[5]http://www.shicryogenics.com/ - официальный сайт SHI Cryogencs group

[6]http://www.cryogenic.co,uk - официальный сайт Cryogenic Limited

[7] R. P. Bywaters, R. A. Griffin, "A gas-gap thermal switch for cryogenic applications", Cryogenics, vol. 13, 6, pp. 344-349

[8] G. Celentano, A. Augieri, A. Mauretti et al., "Electrical and mechanical characterization of coated conductors lap joints", IEEE Transactions on applied superconductivity, vol. 20, No. 3,1549 - 1553, 2010

[9] K. S. Chang et al., "Experimental analysis of a splice method between YBCO coated conductors on various bending diameters", IEEE Transactions on applied superconductivity, vol. 20, No. 3,1577-1581, 2010

[10]G.N. Mikhailova, A.M. Prokhorov, L.Yu. Shchurova, A.V. Troitskii, Physica C, v. 408-410 (2004) pp.692-693.

[11] A. Ballarino, "HTS current leads for the LHC magnet powering system", Physica С 372-376 (2002) 1413-1418

[12] D. Turriotii, E. Barzi, M. J. Lamm, R. Yamada, A. V. Zlobin, A. Kikuchi," Study of HTS Wires at High Magnetic Fields", IEEE Transactions on Applied Superconductivity 19, No. 3, Part 3,3057 - 3060 (2009)

Подписано в печать 15.10.2010 г. Формат 60x84/16. Заказ №52. Тираж 60 экз. П.л 1.75. Отпечатано в РИИС ФИАН с оригинал-макета заказчика 119991 Москва, Ленинский проспект, 53. Тел. 499 783 3640

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Костров, Евгений Александрович

Введение.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. ВТСП для применения в криомагнитных системах.

1.2 Токовводы.

1.3 Магнитные системы на основе ВТСП.

1.4. Криогенные рефрижераторы замкнутого цикла.

1.5.Сверхпроводящие магнитные системы на основе криогенных рефрижераторов.

1.6. Криогенные тепловые ключи.

ГЛАВА 2. Предварительные исследования ВТСП лент

2.1 Технология создания контактов.

2.2. Изучение долговременной стабильности свойств ВТСП лент.

ГЛАВА 3. ВТСП ТОКОВВОДЫ

3.1 Предварительные сведения о токовводах.

3.2 Методика расчета токовводов.

3.3 Методика испытания тоководов.

3.4 Токовводы на основе ВТСП 2-го поколения 8ирегРо\уег

8С84050.

3.5 Токовводы на основе ВТСП 2-го поколения ТНЕУА.

ГЛАВА 4. ВТСП СОЛЕНОИД

4.1 Методика расчета соленоида.

4.2 ВТСП соленоид.

4.3 Гибридный магнит.

ГЛАВА 5. Криомагнитная система на основе криорефрижератора замкнутого цикла

5.1 Методика теплового расчета криостата.

5.2. Устройство криостата.

5.3. Тепловой ключ.

5.4. Тепловой расчет криостата.

5.5. Сверхпроводящий соленоид 8Т.

5.6. Результаты испытания криомагнитной системы 8Т.

Выводы.

Введение диссертация по физике, на тему "Криомагнитные системы на основе ВТСП и криорефрижераторов замкнутого цикла для физических исследований"

Основной целью работы было проведение исследований, результатом которых стала разработка изготовление и испытание устройств на основе высокотемпературных сверхпроводников второго поколения и криогенных рефрижераторов замкнутого цикла.

В первой главе приведен краткий литературный обзор.

В первой части рассмотрены различные ВТСП материалы для создания CMC. Показано, что наиболее предпочтительными оказываются ВТСП 2-го поколения. Наилучшие представители ВТСП 1-го поколения значительно уступают по критическим механическим напряжениям. Круглые провода Bi2212 требуют термической обработки, чувствительной к температуре отжига и материалу изоляции.

Во второй части рассмотрена проблема оптимизации теплопритоков в CMC путем использования ВТСП токовводов. В большинстве криомагнитных систем с токовводами связан основной теплоприток к жидкому гелию. Так при теплопритоке равному 1 Вт за 1 час испаряется 1,5 литра дорогостоящего жидкого гелия. Особенно проблема актуальна для крупных CMC. Например, в большом адронного коллайдера (БАК) используется 8000 сверхпроводящих магнитов с рабочим током 600 -13000 А. Известно [1], что теоретический минимальный теплоприток к нижнему терминалу несверхпроводящего токоввода в интервале температур 4,2-300 К (для пары токовводов) составляет 2,04 Вт/кА при охлаждении парами испарившегося гелия и 94 Вт/кА без охлаждения. Применение ВТСП при создании токовводов позволяет в несколько раз снизить теплоприток к жидкому гелию.

Наиболее значителен эффект использования ВТСП в токовводах для сверхпроводящих магнитных системах на основе криорефрижераторов, где сверхпроводящий магнит и токовводы находятся в вакууме и верхняя часть ВТСП токовводов охлаждается за счет 1й ступени криорефрижератора до температуры 40-60 К. ВТСП токовводы в данном случае позволяют более чем в 20 раз снизить теплоприток к сверхпроводящему соленоиду. Именно появление ВТСП токовводов способствовало быстрому развитию сверхпроводящих магнитных систем на основе криорефрижератров замкнутого цикла.

В третьей части рассмотрены различные CMC на основе ВТСП. Несмотря на то, что критическая температура ВТСП выше температуры кипения жидкого азота, при 77 К токонесущая способность ВТСП недостаточна для создания CMC с индукцией магнитного поля выше 2 Тл. Однако при температуре кипения жидкого гелия ВТСП материалы имеют ряд преимуществ по сравнению с низкотемпературными сверхпроводниками (НТСП) на основе NbTi и Nb3Sn. Рекордное магнитное поле полученное с помощью НТСП соленоида составляет 22 Тл при 4.2 К. К настоящему времени ВТСП испытаны в магнитных полях с индукцией до 45 Тл, генерируемых с помощью несверхпроводящих магнитов. При этом токонесущая способность ВТСП при 4.2 К достаточна для создания CMC. Кроме того, критические механические напряжения для ВТСП 2-го поколения значительно выше, чем для низкотемпературных сверхпроводников. Учитывая высокую стоимость ВТСП, во всех работах ВТСП соленоиды используются в качестве внутренней секции несверхпроводящего магнита или соленоида на основе НТСП для повышения индукции магнитного поля.

В четвертой части описан принцип работы криогенного рефрижератора на цикле "Пульсационная труба".

В пятой части дан обзор CMC на основе криорефрижераторов замкнутого цикла, которые в последние несколько лет получили широкое распространение в исследовательских лабораториях благодаря надежности и простоте в эксплуатации. Отсутствие необходимости использования жидкого гелия и азота является их основным преимуществом. Для охлаждения сверхпроводящих магнитов до 4 К применяются коммерчески доступные криогенные рефрижераторы, работающие на циклах сжатия-расширения газообразного гелия Гиффорда - Макмагона или его модификации - "пульсационной трубки" (ПТ) с холодопроизводительностью 1 - 1.5 Вт при 4.2 К [3]. В большинстве CMC на основе криорефрижераторов магнитное поле создается в отверстии, имеющем комнатную температуру. Для исследований при пониженных температурах в это пространство должен быть помещен криостат-вставка на основе второго, менее мощного, чем для охлаждения магнита криорефрижератора, что приводит к удорожанию и увеличению габаритов экспериментальных установок. В связи с этим, актуальным является вопрос создания методов одновременного обеспечения температурного режима сверхпроводящего соленоида и исследуемого образца с помощью одного рефрижератора.

В шестой части рассмотрены криогенные тепловые ключи. Наиболее перспективными для применения в диапазоне 6 — 300 К являются тепловые ключи с зазором, заполняемым теплообменным газом. Преимуществом данных тепловых ключей является отсутствие подвижных частей, возможность работы в магнитном поле и простота конструкции. Тепловой ключ состоит из двух коаксиальных медных цилиндров, заключенных в кожух из нержавеющей стали. Теплопроводность ключа изменяется при заполнении или вакуумировании пространства между медными цилиндрам теплообменным газом (гелий, водород, неон). Хотя данный тип тепловых ключей предложен еще в 1973 г [34], данных о его применении в криомагнитных системах для одновременного обеспечения температурного режима исследуемого образца и сверхпроводящего соленоида нет.

Во второй главе диссертации приведены экспериментальные результаты по исследованию различных методик создания электрических контактов между ВТСП проводником второго поколения и металлом. Несмотря на то, что первые ВТСП были синтезированы более 20 лет назад, длинномерные образцы ВТСП лент с улучшенными характеристиками (ВТСП 2-го поколения), наиболее подходящие для применения в магнитных системах, стали доступны с 2006 года и к настоящему времени не достаточно хорошо изучены. К моменту начала исследований производители ВТСП не давали рекомендаций по технологии пайки ВТСП 2го поколения без дополнительного стабилизирующего слоя, а паспортизация ВТСП проводилась бесконтактным методом с помощью Холловской магнитометрии. Также приведены результаты исследования долговременной стабильности ВТСП 2-го поколения. Необходимость исследований была обусловлена наличием литературных данных о деградации критического тока в тонких пленках ВТСП при длительном пропускании тока [78].

В третьей главе отражены вопросы разработки и создания токовводов. Впервые ВТСП 2-го поколения применены в токовводах, охлаждаемых потоком газообразного гелия без дополнительного охлаждения жидким азотом. Исследованы две пары токовводов, изготовленных из ВТСП 2го поколения с различными стабилизирующими слоями. Приведена методика расчета основных параметров токовводов и результаты испытаний при различном рабочем токе, в том числе выше расчетного. Величина теплопритока к жидкому гелию для представленных токовводов находятся на уровне лучших мировых образцов, изготовленных на основе ВТСП 1-го поколения. Токовводы позволяют повысить рабочие параметры сверхпроводящих ускорителей, МРТ томографов, криомагнитных систем для физических исследований.

В четвертой главе приведена методика расчета и экспериментальные результаты исследования соленоида, изготовленного из ВТСП проводника 2го поколения. Предложен метод расчета критических параметров ВТСП соленоида. Сложность расчета состоит в том, что критический ток ВТСП ленты зависит от угла между поверхностью ленты и вектором магнитного поля, причем характер зависимости критического тока от угла зависит от индукции магнитного поля. Большинство ВТСП соленоидов изготавливается по галетной технологии (pancake). В разработанном соленоиде [2] применена технология непрерывной намотки ВТСП соленоида, которая позволяет значительно упростить процесс намотки. Соленоид намотан из одного куска провода, что избавляет от необходимости создания низкоомных контактов между галетами, что само по себе является довольно сложным процессом. Вторым несомненным преимуществом данной технологии является компактность соленоида, что является ключевым параметром при использовании его в качестве внутренней вставки в сверхпроводящий соленоид на основе сплавов NbTi и Nb3Sn. К недостаткам технологии необходимо отнести невозможность внести изменения в уже изготовленный соленоид, что возможно в галетной технологии, где соленоид может быть разобран на отдельные галеты, секция с наихудшими параметрами изготовлена заново или перемещена в область низкого магнитного поля.

В пятой главе описана сверхпроводящая магнитная система с использованием криорефрижератора замкнутого цикла. Отличительной особенностью системы является использование одного криорефрижератора для охлаждения сверхпроводящего магнита с рабочим магнитным полем 8 Тл и вставки с переменной температурой. Впервые криогенный тепловой ключ с щелевым зазором, заполняемым теплообменным газом применен сверхпроводящей магнитной системе на основе криорефрижератора замкнутого цикла для обеспечения переменной температуры вставки с исследуемым образцом.

В выводах диссертации кратко изложены результаты проделанной работы.

Научная новизна: ВТСП 2-го поколения впервые успешно применены для улучшения параметров токовводов. Предварительно было проведено исследование различных методик создания электрических контактов между ВТСП второго поколения и металлом. Определены условия стабильности контактов. Экспериментально подтверждена стабильность критических свойств ВСТП 2-го поколения при длительной работе под токовой нагрузкой при температуре 77 К.

Положения, выносимые на защиту:

2. Экспериментальные результаты исследования различных методик создания электрических контактов между ВТСП проводником второго поколения и металлом. Определены условия стабильности контактов. Найдено, что толщина серебряного стабилизирующего слоя должна составлять не менее 1 мкм.

3. Результаты исследования долговременной стабильности ВТСП проводников второго поколения. Экспериментально подтверждена стабильность критических свойств ВСТП проводников после пропускания постоянного тока составляющего 70% от критического в течение 300 часов при 77 К.

4. Соленоид из ВТСП провода 2-го поколения. Применение метода слоевой намотки соленоида, вместо широко используемой галетной технологии, позволило значительно повысить плотность тока в обмотке, тем самым снизить расход проводника. Свойства ВТСП проводников 2-го поколения (значительные критические механические напряжения и высокая критическая плотность тока) позволяют использовать их для генерации магнитных полей с индукцией не менее 32 Тл при 4.2 К, что выше предельного значения для низкотемпературных сверхпроводников, составляющего 22 Тл для М^п.

5. Предложен и реализован в среде МаШсас! метод расчета критического тока ВТСП соленоида для магнитных полей с индукцией до 15 Тл.

6. Предложен и экспериментально исследован метод измерения физических величин в магнитном поле и широком интервале температур в криомагнитной системе на основе криорефрижератора замкнутого цикла, особенностью которой является применение криогенного теплового ключа. Криогенный теплового ключ позволил существенно упростить конструкцию системы и отказаться от использования дополнительного криорефрижератора для обеспечения температурного режима исследуемого образца.

Заключение диссертации по теме "Приборы и методы экспериментальной физики"

Выводы.

1. Впервые ВТСП второго поколения применены в токовводах для криомагнитных систем, охлаждаемых потоком газообразного гелия без дополнительного охлаждения жидким азотом. Величины теплопритоков к жидкому гелию для представленных токовводов находятся на уровне лучших мировых образцов, изготовленных на основе ВТСП 1-го поколения для большого адронного коллайдера.

2. Проведено исследование различных методик создания электрических контактов между ВТСП 2-го поколения и металлом. Определены условия стабильности контактов. Найдено, что толщина серебряного стабилизирующего слоя должна составлять не менее 1 мкм.

3. Проведено исследование долговременной стабильности ВТСП 2-го поколения. Экспериментально подтверждена стабильность критических свойств ВСТП проводников после пропускания постоянного тока, составляющего 70% от критического, в течение 300 часов при 77 К.

4. Предложен и реализован в среде МаШсас! метод расчета критического тока ВТСП соленоида для магнитных полей с индукцией до 15 Тл.

5. Разработан и изготовлен соленоид из ВТСП провода 2-го поколения. Применение метода солевой намотки соленоида вместо широко используемой галетной технологии позволило значительно повысить плотность тока в обмотке, тем самым снизив расход проводника. Свойства ВТСП проводников 2го поколения (критические механические напряжения и критическая плотность тока) позволяют использовать их для генерации магнитных полей с индукцией не менее 32 Тл при 4.2 К, что выше предельного значения для низкотемпературных сверхпроводников, составляющего 22 Тл.

Изготовленная компактная криомагнитная система обеспечивает температуру вставки с образцом в диапазоне 5.4 — 300 К при индукции магнитного поля 7.1 — 8.3 Т.

И в заключение, автор выражает благодарность Е. И. Демихову за руководство работой, инициативу, В. Ф. Троицкому за помощь и постоянное внимание к работе, Н. А. Пискунову и В. В. Лысенко за помощь в изготовлении криомагнитной системы на основе криорефрижератора замкнутого цикла. Л. Н. Жерихиной и А. М. Цховребову за помощь при испытании ВТСП соленоида во внешнем магнитном поле.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Костров, Евгений Александрович, Москва

1. Wilson М., Superconducting Magnets (1983), Oxford Clarendon Press.

2. Y. Xie, V. Selvamanickam, Y. Chen, A. Rar et. al, "High performance 2Gth

3. HTS wire: manufacturing and technology advancement", presented at 10 National Conference on Superconductivity, Beijing, July 5-8, 2009

4. Черноплеков H.A., "Сильноточная сверхпроводимость: физика, техника, экономика", сборник трудов 2ой международной конференции ФПС'06 (2006), стр. 216

5. V.E. Sytnikov, V.S. Vysotsky, LP. Radchenko, N.V. Polyakova, "1G versus 2G — comparison from the practical", Journal of Physics: Conference Series 97 (2008) 012058

6. N Ayai, T Kato, J Fujikami, S ICobayashi et al, DI-BSCCO wire with Ic over 200 A at 77 K, Journal of Physics: Conference Series 97 (2008) 012112

7. D.E.Wesolowski, M. O. Rikel, J. Jiang, S. Arsac, and E. E. Hellstrom, "Reactions between oxides and Ag-sheathed BiSrCaCuO conductor," Supercond. Sci. Technol., vol. 18, pp. 934-943, 2005.

8. К. Shiohara, S. Sakai, S. Ohki, Y. Yamada, K. Tachikawa et al, "Transport performance of a HTS current lead prepared by the TFA-MOD processed YBCO tapes", Physica С 469 (2009) 1870-1872

9. J. Good, A. Allit, L. Martini, "13000 A current leads with 1.5 W heat load to 4.5 К for the large hadron collider at CERN", Physica В 284-288 (2000) 2093-2094

10. A. Ballarino, "HTS current leads for the LHC magnet powering system", Physica С 372-376 (2002) 1413-1418

11. R. McFee, Rev. Scientific Instruments, 1959, 30, №2, 1958

12. B. Zeimetzy, S. Dou and H. Liu, "Vapour cooled high Tc current leads utilizing Bi-2223/Ag tapes", Supercond. Sci. Technol. 11 (1998) 10911094.18. http://www.cryomagnet.ru/ официальный сайт ООО Криомагнит

13. В. Strauss, "Status of new superconductors for magnet applications", presented at 21th International Conference on Magnet Technology MT-21, Hefei, China, October, 21, 2009

14. Gao В J, Bird M D, Bole S, Eyssa Y M and Schneider-MuntauH-J "Design of a 20 T, 200 mm bore resistive magnet" IEEE Trans. Magn. 32 (1996) 2562-5

15. H. Weijers, U. Trociewitz, K. Marken, M. Meinesz, H. Miao, J Schwartz " The generation of 25.05 T using a 5.11 T Bi2Sr2CaCu20x superconducting insert magnet",SUPERCONDUCTOR SCIENCE AND TECHNOLOGY, 17 (2004) 636-644

16. W. Hazelton, V. Selvamanickam, J. Duval, D. Larbalestier, W. Markiewicz, H. Weijers, R. Holtz, "Recent Developments in 2G HTS Coil Technology", IEEE Transactions on Applied Superconductivity 19, No. 3, Part 2, 2218 2222 (2009)

17. Weijers H., "High Field Magnets with HTS Conductors",presented at 21th International Conference on Magnet Technology MT-21, Hefei, China, October, 21,2009

18. C. Clickner, J. Ekin, N. Cheggoura, C. Thieme, Y. Qiao, Y. Xie, A. Goyal, Mechanical properties of pure Ni and Ni-alloy substrate materials for Y-Ba-Cu-0 coated superconductors", Cryogenics 46 (2006) 432-438

19. A. Mbaruku and J. Schwartz, " Fatigue Behavior of Y-Ba-Cu-O/Hastelloy-C Coated Conductor at 77 K",IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY, VOL. 18, NO. 3, SEPTEMBER 2008

20. H. Fuji, S. Hanyu, K. Kakimoto, Y. Iijima, T. Saitoh, "Preparation of conduction-cooled HTS coils using Y-123 coated conductors by IBAD/PLD process", Physica C 463-465 (2007) 751-754

21. G. Nishijima, S. Awaji, K. Watanabe, S. Hanai et al, "18.1 T cryocooled superconducting magnet consisting of bi2223 high-Tc insert", Proc. of ICEC 21, Praha, Czech Republic, 2006, pp. 261-264

22. K. Watanabe, S. Awaji, G. Nishijima, S. Hanai and M. Ono, "Cryogen-Free 23 T Superconducting Magnet with a 7.5 T YBa2Cu307 Insert Coil", Applied Physics Express 2 (2009) 113001

23. D. Turrioni, E. Barzi, M. J. Lamm, R. Yamada, A. V. Zlobin, A. Kikuchi, "Study of HTS Wires at High Magnetic Fields", IEEE Transactions on Applied Super-conductivity 19, No. 3, Part 3, 3057 3060 (2009)

24. A Xu, J Jaroszynski, F Kametani, Z Chen, D Larbalestier, Y Viouchkov,

25. Y Chen, Y Xie and V Selvamanickam, "Angular dependence of Jc for YBCO coated conductors at low temperature and very high magnetic fields", Supercond. Sci. Technol. 23 (2010) 014003 (7pp)

26. Z Chen, F Kametani, Y Chen, Y Xie, V Selvamanickam and D C Larbalestier, "A high critical current density MOCVD coated conductor with strong vortex pinning centers suitable for very high field use", Supercond. Sci. Technol. 22 (2009) 055013 (5pp)

27. R. P. Bywaters, R. A. Griffin, "A gas-gap thermal switch for cryogenic applications", Cryogenics, vol. 13, 6, pp. 344-349

28. Duckworth R C, Lue J W, Lee D E, Grabovickic R and Gouge M J 2003 "The role of nickel substrates in the quench dynamics of silver coated YBCO tapes", IEEE Trans. Appl. Supercond. 13 1768-71

29. Ishiyama A, Yanai M, Morisaki T, Ueda H, Shiohara Y, Izumi T, Iijima

30. Y and Saitoh, "Normal transition and propagation characteristics of YBCO tape", IEEE Trans. Appl. Supercond. 2005 15 1659-62

31. Trillaud F, Ahn M C, Bascunan J, Kim W S, Voccio J P and Iwasa Y, "Quench behavior, quench protection of a YBCO test coil assembly", IEEE Trans. Appl. Supercond. 2008 18 1329-32

32. Kim W S, Trillaud F, Ang I C, Hahn S Y and Iwasa Y /'Normal zone propagation in YBCO winding pack models", IEEE Trans. Appl. Supercond. 2007 17 2478-81

33. Grabovickic R, Lue J W, Gouge M J, Demko J A and Duckworth R C, "Measurements of temperature dependence of the stability and quench propagation of a 20 cm-long RABiTS Y-Ba-Cu-0 tape", IEEE Trans. Appl. Supercond. 13 1726-30

34. Trillaud F, Palanki H, Trociewitz U P, Thompson S H, Weijers H W and Schwartz J, "Normal zone propagation experiments on HTS composite conductors", Cryogenics 43 271-9 (2003)

35. Kensley R., Iwama I. Frictional properties of metal-insulator surfaces at cryogenic temperatures. Cryogenics, Vol.20 (1980), №1, p.25-36

36. Anashkin O.P., Keilin V.E., Krivikh A.V. Observation of serrated deformation of superconducting magnets windings. Cryogenics, Vol.19 (1979), №1, p.31

37. Macda H., Iwasa I. Heat generation from epoxy cracks and bond failures. Cryogenics, Vol. 22 (1982) №9, p.473-476

38. Ianagi H. et al. Experimental study of energy release due to cracking of epoxy impregnated conductors. Cryogenics, Vol.29 (1989), №7, p.753-757

39. B.E. Кейлин, П. А. Алексеев, И. А. Ковалев и др., "Обнаружение значительного увеличения стабильности комбинированных сверхпроводников с добавками веществ с чрезвычайно высокой теплоемкостью", Журнал технической физики, 2007, том 77, вып. 9

40. Wang X, Trociewitz U Р, and Schwartz "Self-field quench behaviour of YBa2Cu307-5 coated conductors with different stabilizers", Supercond. Sci. Technol. 22 (2009) 085005 (13pp)

41. Yanga S E, Ahn M C, Parka D K, Changa К S, Baec D К and Koa T K, 2007 Physica С 463-465, 1365

42. A. Ouden, H. Weeren, W. Wessel, H. Kate, G. Kirby, N. Siegel, and T. Taylor,"Normal Zone Propagation in High-Current Density Nb3Sn Conductors for Accelerator Magnets",

43. EE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY, VOL. 14, NO. 2, JUNE 2004

44. R. J. M. Y. Ruber, Y. Makida, M. Kawai, S. Mizumaki, G. Olesen, H. H. J. ten Kate, and A. Yamamoto, " Quench Characteristics of the ATLAS Central Solenoid",IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY, VOL. 16, NO. 2, JUNE 2006

45. W.E. Gifford and R.C. Longsworth, "Pulse-tube refrigeration", Trans. ASME, 1964, p. 264-268.

46. R.C. Longsworth, "An experimental investigation of pulse tube refrigeration heat pumping rates", Adv. in Cryogenic Eng. 12, 1967, p. 608-618.

47. G. Walker, Cryocoolers, Plenum Press, New York and London, 1983.

48. E.I. Mikulin, A.A. Tarasov, and M.P. Shkrebyonock, "Low-temperature expansion pulse tubes", Adv. in Cryogenic Eng. 29, 1984, p. 629-637.

49. R. Radebaugh, J. Zimmerman, D.R. Smith, and B. Louie, " Comparison of three types of pulse tube refrigerators: New methods for reaching 60 K", Adv. in Cryogenic Eng. 31, 1986, p. 779-789.

50. Y. Matsubara and J. L. Gao, "Multi-stage Pulse Tube Refrigerator for Temperature below 4K," Proceeding of 8th Cryocooler Conference (1994), pp. 345.

51. M.Y. Xu, A.T.A.M. de Waele, and Y.L. Ju, "A pulse tube refrigerator below 2 K", Cryogenics 39, 1999, p. 865-869.

52. C. Wang, G. Thummes, C. Heiden, "Performance Study on a Two-Stage 4 К Pulse Tube Cooler," Advances in Cryogenic Engineering vol. 43, Plenum Press, New York (1998), pp. 2055-2062.

53. A. M. Архаров, И. В. Марфенина, Е. И. Микулин, "Теория и расчет криогенных систем", Москва, Машиностроение, 1978

54. P. Yan, G. Chen , J. Dong, W.i Gao, "15 К two-stage Stirling-type pulsetube cryocooler", Cryogenics 49 (2009) 103-106

55. M. Hoenig, "Design concepts for a mechanically refrigerated 13 К superconducting magnet system", IEEE Trans. Magn., vol. Mag-19, №3, pp. 880-883 (1983)

56. M. Urata, K. Koyanagi, T. Kuriama et. al., "A 10 T cryo-cooled superconducting magnet with 100 mm room temperature bore", Physica В 216(1996) 209-211

57. R. Hirose, S. Hayashi, S. Fukumizu et. al. "Development of 15 T Cryogen-Free superconducting magnet", IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY, vol. 16, No. 2, 953-956, June 2006

58. A. Smirnov, T. Smirnova, R. MacArthur, J. Good and R. Halla, "Cryogen-free superconducting magnet system for multifrequency electron paramagnetic resonance up to 12.1 T", REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS 77, 035108 (2006)

59. Y. Choi, D. Kim, H. Yang, B. Lee, W. Jung, "Conduction cooling system for superconducting magnet using a two-stage cryocooler", Proceedings of International Cryogenic Engeneering conferention ICEC 22, Seoul, Korea, 2008, pp. 817-821

60. F. Giebeler, G. Thummes, "A 5 T persistent current niobium-titanium magnet with a 4 К pulse tube cryocooler", SUPERCONDUCTOR SCIENCE AND TECHNOLOGY 17 (2004) S135-S13967. http://www.cryogenic.co.uk официальный сайт Cryogenic Limited

61. С. В. Вонсовский, "Магнетизм. Магнитные свойства диа-, пара-, ферро-, антиферро-, и ферримагнетиков", Наука, Москва, 1971

62. Т. Slater, P. van Gerwen, Е. Masure, F. Preud'homme and К. Baert, "Thermo-mechanical characteristics of a thermal switch", Techn. Digest 8th Int. Conf. Solid-State Sensors & Act., Stockholm, Sweden, June 2529, 1995, pp. 341.

63. P. Ho, R. Halloc, "A compact design for an Indium heat switch", Journal of Low Temperature Physics, Vol. 121, Nos. 5/6, 2000

64. H.L. Wang, Th. Wagner, G. Eska, "An aluminium heat switch made from cold-pressed Cu-Al composite", Physica В 284-288 (2000) 2024-2025

65. Catarino, J. Afonso, D. Martins, L. Duband, G. Bonfait, "Gas gap thermal switches using neon or hydrogen and sorption pump", Vacuum 83 (2009)1270-1273

66. E. Smith, J. Parpia, J. Beamish, "A 3He gas heat switch for the 0.5-2 К temperature range", Physica В 284-288 (2000) 2026-2027

67. A. Rar, "Second Generation High Temperature Superconducting wire: Fabrication, Properties, and potential applications" Presentation at Synchrotron Radiation Conference, June 15-20, 2008, Novosibirsk, Russia

68. С. В. Золотовская, А. С. Молчанов, "Гелиевые криостаты для научных исследований. Основы конструирования", Москва, МИФИ, 1991 г

69. Алексеев М.П., Демихов Е.И., Костров Е.А., Мальгинов В.А., Цховребов A.M., "Исследование возможности технического применеия ВТСП ленты 2го поколения THEVA", сборник трудов 2ой международной конференции ФПС'06 (2006), стр. 257-258

70. A.M. Прохоров, Ю.М. Гуфан, Г.Н. Михайлова и др. ДАН (1990) т. 311, №1, с. 75-78.

71. G.N. Mikhailova, A.M. Prokhorov, L.Yu. Shchurova, A.V. Troitskii. Physica C, v. 408-410 (2004) pp.692-693.

72. Е. Demikhov, G. Mikhailova, V. Aksenov, L. Antonova, L. Iskhakova, L. Zherikhina, E. Kostrov et al, "Study of reliability of the HTS tapes inelectrical circuit at 77 K", Journal of Physics: Conference Series 97 (2008) 012321

73. M. П. Малков и др., Справочник по физико-техническим основам криогеники, Энергоатомиздат, 1985

74. Ю. JL Буянов, А. Б. Фрадков, И. Ю. Шебалин, "Токовые вводы для криогенных устройств", Приборы и техника эксперимента, №4, 1974

75. Е Demikhov , Е Kostrov and A Tstkhovrebov, "Vapour cooled 2G HTS current leads", Journal of Physics: Conference Series 97 (2008) 012115

76. В. E. Кейлин, H. А. Черноплеков, "Техническая сверхпроводимость. Сверхпроводящие магнитные системы.", Москва, МИФИ, 1988 г.

77. Е. Demikhov, Е. Kostrov, V. Lysenko, N. Piskunov, and V. Troitskiy, "8 T Cryogen Free Magnet With a Variable Temperature Insert Using a Heat Switch", IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY, vol. 20, No. 3, 612-616, June 2010