×
19.06.2019
219.017.87a6

ТЕПЛОСТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ СВЕРХПРОВОДНИК

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области прикладной сверхпроводимости и может быть использовано при изготовлении сверхпроводников для сильно механически нагруженных сверхпроводящих обмоток, работающих в переменных режимах, например сверхпроводящих индуктивных накопителей энергии, дипольных и квадрупольных магнитов для ускорителей заряженных частиц. Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей сверхпроводника за счет увеличения его теплопоглощающей способности. Для этого теплостабилизированный сверхпроводник выполняют в виде матрицы из металла или сплава, содержащей волокна сверхпроводящего материала и соединение из редкоземельных металлов с экстремально высокой теплоемкостью при низких температурах. При этом сверхпроводник содержит, по меньшей мере, две металлические трубки произвольного поперечного сечения, заполненные соединением из редкоземельных металлов, а расстояние между трубками составляет не менее двух линейных размеров трубки, и сверхпроводник имеет наружную оболочку из металла с высокими проводящими свойствами. Трубки с соединением из редкоземельных металлов могут быть распределены как по сечению сверхпроводника как в матрице, так и в оболочке. 4 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области прикладной сверхпроводимости и может быть использовано при изготовлении сверхпроводников для сильно механически нагруженных сверхпроводящих обмоток (с механическим напряжением проводника больше 100 МПа при работе), а также для сверхпроводящих обмоток и устройств, работающих в переменных режимах, например сверхпроводящих индуктивных накопителей энергии, дипольных и квадрупольных магнитов для ускорителей заряженных частиц.

Известен сверхпроводник, в котором волокно или множество волокон расположены в матрице из высокопроводящего металла или сплава, см. Фонер С., Шварц Б. Металловедение и технология сверхпроводящих материалов, "Металлургия", 1987, стр.64.

Недостатком известного сверхпроводника является ограниченная способность работы в переменных режимах при скоростях изменения магнитного поля больше или порядка 1 Т/с. В этих режимах в сверхпроводнике выделятся тепло, которое должно поглощаться либо сверхпроводником за счет собственной теплоемкости, если обмотка плотная без каналов для прохода хладагента, либо хладагентом. Поскольку поглощающая способность сверхпроводника ограничена нагревом до критической температуры сверхпроводника, а хладагента в каналах, соответственно, критическими явлениями в теплоотдаче на поверхности нагретого сверхпроводника, особенно, в узких каналах (кризис режима кипения с резким, на десятки градусов, ростом температуры), то отсюда появляются временные ограничения на работу современных сверхпроводников в переменных режимах.

Наиболее близким техническим решением является теплостабилизированный сверхпроводник, выполненный в виде матрицы из металла или сплава с высокими проводящими свойствами, содержащей волокна из сверхпроводящего материала и соединение из редкоземельных металлов с экстремально высокой теплоемкостью при низких температурах (например, CeAl3, CeCu6, HoCu2, PrB6, Gd2O3, Gd2O2S, U6Fe, Ube13, UZn17). Соединение из редкоземельных металлов может быть диспергированно (распределение) по всей матрице в виде мелких частиц. Соединение из редкоземельных металлов может быть распределено в матрице в виде жил с существенно меньшим поперечным размером, чем сверхпроводящие волокна, причем эти жилы проходят по сверхпроводнику параллельно сверхпроводящим волокнам. Также эти соединения могут в виде кольцевого слоя окружать матрицу с одним сверхпроводящим волокном, либо в виде концентрических слоев чередоваться с металлом матрицы. Собственно матрица может быть выполнена из соединения из редкоземельных металлов и содержать в себе сверхпроводящие волокна (US Patent 4623862, 1986, кл. H01F 7/22).

Введение соединения из редкоземельных металлов с экстремально высокой теплоемкостью (например, при температуре кипения жидкого гелия 4,2 К теплоемкость интерметаллида HoCu2 в 450 раз больше, чем у меди, а у керамики, Gd2O2S соответственно в 650 раз) в состав сверхпроводников с объемной долей 3÷6% в 5÷10 раз повышает их среднюю объемную теплоемкость. Соответственно возрастает их теплопоглощающая способность и способность к работе в переменных режимах, а также в условиях больших механических напряжений сверхпроводника, когда необходима способность противостоять импульсным локальным тепловыделениям механического происхождения (например, движение витков, растрескивание связующего витки материала и т.д.).

Недостатками известного теплостабилизированного сверхпроводника являются практически непреодолимые трудности в его изготовлении. Невозможно обеспечить равномерное диспергирование (распределение) мелкодисперсного порошка из соединения редкоземельных металлов по объему матрицы сверхпроводника из-за невозможности равномерного размешивания этого порошка в расплаве меди, поскольку он существенно легче нее.

Ввиду того, что соединения из редкоземельных металлов (интерметаллиды, например PrB6, или керамики, например Gd2O2S) относятся к классу химических соединений, отличительная черта которых сложное строение кристаллической решетки, они теряют способность к пластической деформации. В этой связи сложно обеспечить необходимую для достижения заданных параметров деформацию композитной заготовки в присутствии высокотеплоемких элементов. Поэтому невозможно обеспечить стандартную операцию безобрывной протяжки с обязательным для сверхпроводящих проводов скручиванием заготовки провода до нужных поперечных размеров и шага скручивания, когда соединения из редкоземельных металлов, также как и сверхпроводящий материал, помещены, например, в медную матрицу в виде стержней, из-за существенной разницы механических свойств. Также невозможно обеспечить безобрывную протяжку заготовки сверхпроводника, но уже без скручивания, когда соединение из редкоземельных металлов размещено в матрице, например, медной, в виде одного или нескольких концентрических слоев, или само выполняет функцию матрицы.

Техническим результатом является расширение функциональных возможностей.

Для достижения технического результата предложен теплостабилизированный сверхпроводник, выполненный в виде матрицы из металла или сплава, содержащей волокна сверхпроводящего материала и соединение из редкоземельных металлов с экстремально высокой теплоемкостью при низких температурах, при этом сверхпроводник дополнительно содержит не менее одной металлической трубки произвольного поперечного сечения, заполненных соединением из редкоземельных металлов, расстояние между трубками составляет не менее двух линейных размеров трубки, при этом сверхпроводник имеет наружную оболочку из металла с высокими проводящими свойствами.

Трубки с соединением из редкоземельных металлов могут быть распределены по сечению сверхпроводника.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлено поперечное сечение сверхпроводника на основе Nb-Ti, в центре которого размещена трубка с соединением из редкоземельных металлов, в частности с керамикой Gd2О2S; на фиг.2 представлено поперечное сечение сверхпроводника на основе Nb3Sn, в матрице которого расположены 10 трубок с соединением из редкоземельных металлов, в частности интерметаллидом PrB6. Поперечное сечение трубок не обязательно должно быть круглым, оно может быть прямоугольным, трапецеидальным и пр. На фиг.3 представлена электрическая схема эксперимента с продольными электромагнитными возмущениями, подаваемыми на образцы изготовленных сверхпроводников (индукционный нагрев кольцевыми вихревыми токами), а на фиг.4 представлены зависимости запасенной в конденсаторе энергии электромагнитного возмущения, при которой образец из Nb-Ti переходит в нормальное состояние (критические энергии; тепловыделения в образцах всегда им пропорциональны) от тока в образце, который помещен во внешнее поперечное магнитное поле с индукцией В=3 Т (критический ток Iс=515 А).

Используя технологические схемы и режимы изготовления сверхпроводников на основе сплава Nb-Ti и соединения Nb3Sn, были получены два экспериментальных сверхпроводника длиной по 500 м. В первом сверхпроводнике соединение из редкоземельных металлов (Gd2O2S) 1 (см. фиг.1) сосредоточено в одной трубке 2, (диаметр трубки ˜0,4 мм), расположенной в центре матрицы 3, несущей в себе волокна сверхпроводящего материала из Nb-Ti 4; матрица заключена в наружную оболочку из меди 5. Во втором сверхпроводнике (см. фиг.2) соединение из редкоземельных металлов (PrB6) 1 было сосредоточено в нескольких трубках 2, (диаметр трубок ˜0,05 мм),расположенных в матрице из бронзы 3, содержащей волокна Nb - 4. Сверхпроводник Nb3Sn получается в процессе высокотемпературного отжига, когда олово из матрицы диффундирует в волокна Nb. Матрица окружена стабилизирующей медной наружной оболочкой 5.

Проведены сравнительные испытания по устойчивости к электромагнитным возмущениям двух образцов первого сверхпроводника из Nb-Ti (см. фиг.1). В одном из них присутствует трубка с керамикой Gd2O2S, а в другом, контрольном, эта трубка заменена медным стержнем. Образцы представляли собой сверхпроводящие провода диаметром 0,72 мм, содержащие каждый 4242 волокна из Nb-Ti диаметром 6 мкм, скрученных с шагом 17 мм, в медной матрице. Образцы сверхпроводников 6 (см. фиг.3) помещались в изолирующие оправки 7 для имитации адиабатических условий. На оправку 7 наматывалась катушка возбуждения 8 из медного провода диаметром 0,125 мм, содержащая 600 витков. Продольные электромагнитные возмущения моделировались разрядом конденсатора 9 с помощью ключа 10 на катушку возбуждения 8. При этом возникали электромагнитные колебания частотой 320 Гц, которые приводили к индукционному нагреву образца кольцевыми вихревыми токами с характерным временем их затухания 1,1 мс. На фиг.4 сравниваются зависимости энергии возмущений, переводящих образцы в нормальное состояние (критические энергии) от величины транспортного тока, для образца, содержащего высокотеплоемкую добавку - керамику Gd2O2S и образца, который ее не содержал. Видно, что использование керамики Gd2O2S с экстремально высокой теплоемкостью при низких температурах существенно повышает устойчивость сверхпроводников к импульсным возмущениям (см. фиг.4).

Сосредоточение соединения из редкоземельных металлов в одной или нескольких металлических трубках, которые распределены по сечению сверхпроводника, позволяет создать условия, обеспечивающие дробление и перемещение относительно друг друга и выстраивание кристаллитов в линию параллельно сверхпроводящим волокнам без обрывов как самого провода, так и отдельных волокон.

Основной способ получения проводов большой строительной длины - волочение. Этот способ обработки давлением предполагает уменьшение толщины периферийных и центральных слоев практически на одну и ту же величину, но при этом происходит это под нагрузками разных видов. Периферийные слои значительно утоняются в радиальном направлении под действием радиальных сжимающих напряжений и в меньшей степени под действием продольных растягивающих напряжений. Центральные слои, наоборот, становятся значительно тоньше в радиальном направлении под действием осевых растягивающих напряжений и в меньшей степени - под действием радиальных сжимающих напряжений. При определенных условиях процесса радиальные сжимающие напряжения в центральных слоях ничтожно малы. В этом случае: пластическая оболочка - матрица, маловязкий сердечник - соединение из редкоземельных металлов (интерметаллид или керамика); возникают дополнительные растягивающие напряжения, связанные с более интенсивной деформацией оболочки. При некоторых условиях возникающие в центральных слоях растягивающие напряжения могут вызывать нарушения целостности протягиваемого металла. Нежелательный факт для пластичных материалов может играть положительную роль для формоизменения соединения из редкоземельных металлов. Для конструкции с центральным расположением материала с повышенной теплоемкостью при деформации волочением создаются благоприятные условия для измельчения кристаллитов соединения из редкоземельных металлов, их перемещения относительно друг друга, не вызывая при этом разрушения волокон. Это можно объяснить тем, что возникает разрыхление серединной части или даже разрыв, создающий пустоту, в которую устремляются кристаллиты с периферии, тем самым способствуя перераспределению интерметаллида в процессе пластической деформации волоконной зоны и оболочки из высокопроводящего металла.

Необходимость обеспечения расстояния между трубками с соединением из редкоземельных металлов не менее двух линейных размеров трубки гарантирует сохранение целостности сверхпроводника как композита. Трубки с редкоземельным соединением могут быть распределены как в матрице, так и в оболочке сверхпроводника.

Наличие наружной оболочки из металла с высокими проводящими свойствами позволяет скомпенсировать потерю части сечения матрицы, занятой трубками с соединением из редкоземельных металлов. Для исключения электрического пробоя и пережога проводника в сверхпроводящих магнитах часть его сечения (˜50%) должна быть занята металлом с высокими проводящими свойствами (например, медь, алюминий). Кроме того, когда сверхпроводящий материал требует высокотемпературного отжига (Nb3Sn, Nb3Al, Nb3Ge), часто удобно расположить трубки с соединением из редкоземельных металлов в самой наружной оболочке.

Таким образом, изобретение позволит получить сверхпроводник, который по своим характеристикам можно использовать при изготовлении сверхпроводников для сильно механически нагруженных сверхпроводящих обмоток, работающих в переменных режимах, например сверхпроводящих индуктивных накопителей энергии, дипольных и квадрупольных магнитов для ускорителей заряженных частиц.

Теплостабилизированныйсверхпроводник,выполненныйввидематрицыизметаллаилисплава,содержащейволокнасверхпроводящегоматериалаисоединениеизредкоземельныхметалловсэкстремальновысокойтеплоемкостьюпринизкихтемпературах,отличающийсятем,чтосверхпроводникдополнительносодержит,поменьшеймере,двеметаллическиетрубкипроизвольногопоперечногосечения,распределенныепосечениюсверхпроводника,заполненныесоединениемизредкоземельныхметаллов,приэтомрасстояниемеждутрубкамисоставляетнеменеедвухлинейныхразмеровтрубки,асверхпроводникимеетнаружнуюоболочкуизметалласвысокимипроводящимисвойствами.
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 49 items.
20.02.2019
№219.016.beb2

Способ нанесения покрытия и электродуговой испаритель с вращающимся катодом для осуществления способа

Изобретение к способу нанесения покрытий и электродуговому испарителю для осуществления способа и может быть применено в машиностроении, например, для защиты рабочих и направляющих лопаток турбомашин. Способ включает размещение деталей в вакуумной камере на приспособлении, приложение к...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002399692
Дата охранного документа: 20.09.2010
20.02.2019
№219.016.c034

Способ автоматической сортировки грунтов, зараженных радиоактивными нуклидами, и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области обращения твердых радиоактивных отходов. Способ автоматической сортировки грунтов, зараженных радионуклидами, заключается в том, что мелкие классы грунта крупностью менее 20-30 мм подают на ленту сепаратора в виде сплошного потока, который проходит вместе с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002339463
Дата охранного документа: 27.11.2008
01.03.2019
№219.016.c9b6

Устройство для формирования установочного импульса

Изобретение относится к области автоматики и импульсной техники и может быть использовано для формирования импульсов. Достигаемый технический результат - формирование установочного импульса гарантированной длительности при подаче на шину питания напряжения с любой длительностью фронта...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002296419
Дата охранного документа: 27.03.2007
01.03.2019
№219.016.cc3f

Способ управления электромагнитным приводом

Изобретение относится к машиностроению, в частности к электромагнитным приводам, и предназначено для использования в магистральных трубопроводах. Способ управления электромагнитным приводом заключается в удержании привода в исходном положении с помощью упругого элемента. Для перевода привода в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002352846
Дата охранного документа: 20.04.2009
11.03.2019
№219.016.d626

Способ изготовления тонкопленочных резисторов

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для производства микроэлектронных устройств и дискретных элементов. Технический результат: повышение выхода годных резисторов по параметрам точности за счет уменьшения влияния неконтролируемых дестабилизирующих факторов в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002270490
Дата охранного документа: 20.02.2006
11.03.2019
№219.016.d718

Сверхвысокочастотный генератор на основе виртуального катода с радиальным пучком

Область техники - генерирование электромагнитных волн. Может быть использовано при создании генераторов мощного сверхвысокочастотного (СВЧ) излучения. СВЧ-генератор на основе виртуального катода с радиальным пучком содержит вакуумную камеру, в корпусе которой, коаксиально, без контакта между...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002297688
Дата охранного документа: 20.04.2007
20.03.2019
№219.016.e578

Устройство для электропитания накала катодов газоразрядной камеры стационарного ионного источника и способ его работы

Изобретение относится к инжекционной технике, применяемой для создания мощных ионных пучков. Устройство состоит из газоразрядной камеры с анодом и тремя группами катодов, источника трехфазного сетевого напряжения, соединенного с блоком питания накала, состоящего из устройства управления...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002395865
Дата охранного документа: 27.07.2010
04.04.2019
№219.016.fc32

Ядерный реактор и способ его эксплуатации

Группа изобретений относится к ядерной энергетике, в частности к реакторам с насыпной активной зоной. Ядерный реактор состоит из корпуса с размещенными внутри него боковым, нижним и верхним отражателями, насыпной активной зоной, контуром циркуляции теплоносителя, системой управления и защиты....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002317597
Дата охранного документа: 20.02.2008
10.04.2019
№219.016.ffe4

Способ изготовления композитных проводов

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах, предназначенных для работы при температурах жидкого гелия. Техническая задача настоящего изобретения заключается в обеспечении горячего уплотнения композитной заготовки перед экструзией, не связанного с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002285966
Дата охранного документа: 20.10.2006
10.04.2019
№219.017.03da

Способ определения концентрации электронов в плазменных устройствах

Изобретение относится к области диагностики плазмы и может быть использовано для измерения электронной концентрации плазменных образований различной геометрии в широком диапазоне исследуемых параметров. Способ определения концентрации электронов в плазменных устройствах включает установку зонда...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002351101
Дата охранного документа: 27.03.2009
Showing 1-10 of 10 items.
10.01.2013
№216.012.1a69

Пьезоэлектрический прибор и способ его изготовления

Изобретение относится к пьезоэлектронике. Сущность: прибор состоит из пьезокерамических пластин, включающих участки поляризованной и неполяризованной керамики. Поляризованные участки с нанесенными на них электродами образуют биморф. Неполяризованный участок является элементом консольного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472253
Дата охранного документа: 10.01.2013
20.07.2014
№216.012.df1b

Сверхпроводящий провод на основе nbsn

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при конструировании и изготовлении сверхпроводящих проводов на основе NbSn по методу внутреннего источника олова, которые могут быть использованы для создания установок термоядерного синтеза, в импульсных магнитных системах или в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522901
Дата охранного документа: 20.07.2014
10.08.2015
№216.013.6e55

Способ изготовления композиционного сверхпроводящего провода на основе соединения nbsn и технологическая линия для изготовления композиционного сверхпроводящего провода на основе соединения nbsn

Изобретение относится к технологии получения сверхпроводящих материалов и может быть использовано в электротехнической промышленности и других отраслях науки и техники при изготовлении сверхпроводящих магнитных систем различного назначения. Задачей, на решение которой направлено предлагаемое...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002559803
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.01.2019
№219.016.adfe

Композитный материал с инварными свойствами

Изобретение относится к области металлургии, в частности к инварным сплавам и составам, характеризующимся значением коэффициента линейного теплового расширения (КЛТР), не превышающим 2×10 К в рабочем диапазоне температур, и может быть использовано в приборостроении, радиоэлектронике,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002676537
Дата охранного документа: 09.01.2019
20.02.2019
№219.016.bc89

Способ повышения точности стрельбы танковой пушки и танковая пушка

Изобретение относится к области вооружения, а именно к способам повышения точности стрельбы орудий, в частности танковых пушек. Сущность изобретения заключается в том, что точность позиционирования ствола увеличивают путем установки его в направляющие с увеличенной опорной базой. При выстреле...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002269736
Дата охранного документа: 10.02.2006
20.02.2019
№219.016.c38d

Способ охлаждения объекта до низких температур

Изобретение относится к области создания сверхнизких температур (<<1К), необходимых при разработке криогенной техники, проведения исследований в области физики низких температур. Техническим результатом является повышение эффективности охлаждения объектов до температур (<<1К) за счет повышения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002431089
Дата охранного документа: 10.10.2011
10.04.2019
№219.016.ffe4

Способ изготовления композитных проводов

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах, предназначенных для работы при температурах жидкого гелия. Техническая задача настоящего изобретения заключается в обеспечении горячего уплотнения композитной заготовки перед экструзией, не связанного с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002285966
Дата охранного документа: 20.10.2006
29.06.2019
№219.017.9c5d

Способ извлечения металлов из руд и устройство для его осуществления

Группа изобретений относится к способу извлечения металлов из руд и устройству для его осуществления. Способ включает выщелачивание выщелачивающим раствором с окислителем. При этом используют облучение выщелачивающего раствора ускоренными электронами с энергией от 50 кэВ до 1,7 МэВ с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002391418
Дата охранного документа: 10.06.2010
29.06.2019
№219.017.9e3c

Танковая пушка с быстросъемным стволом

Изобретение относится к конструкциям танковых пушек. Сущность изобретения заключается в том, что горловина танковой пушки выполнена съемной в сторону дульного среза ствола, а люлька снабжена продольными силовыми рейками для опоры захватов казенника при демонтированной трубе. Скрепляющий кожух...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002309357
Дата охранного документа: 27.10.2007
29.06.2020
№220.018.2cf0

Реактор-преобразователь

Изобретение относится к реактору-преобразователю. Ядерный реактор-преобразователь содержит корпус (2), отражатель (3), активную зону, блок электрогенерирующих элементов (7), капиллярно-пористую вставку (5) и блок коммутационных камер и коллекторов (1). Активная зона, образованная твэлами (6),...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002724919
Дата охранного документа: 26.06.2020
+ добавить свой РИД