09 Апреля 2013
Самый мощный магнит в мире.
В Лос-Аламосской национальной лаборатории США создали сверхмощный импульсный магнит. С его помощью получено магнитное поле с индукцией 100,75 Тл. Для магнитного поля это рекордная величина, она превышает магнитное поле Земли в 2 млн. раз.
Соленоид магнита изготовлен из российского сверхпрочного высокопроводящего нанокомпозита медь-ниобий, который и позволяет создавать столь высокие магнитные поля. Композит, разработанный в Курчатовском институте совместно с ВНИИ неорганических материалов им. А.А. Бочвара, состоит из медной матрицы сверхвысокой чистоты, которую пронизывают более 450 миллионов тончайших ниобиевых волокон диаметром менее 10 нанометров. Высокопрочный материал, обладающий высокой электропроводностью при достаточной пластичности, выдерживает без разрушения сверхбольшие токи (до сотни ампер), необходимые для создания мощного магнитного поля.
Сверхмощные магнитные поля нужны для проведения исследований твердого тела, например для изучения квантовых фазовых переходов, наведенных магнитным полем (так называемых критических квантовых точек, в которых небольшие изменения свойств материала при сверхнизких температурах вызывают мощные физические эффекты),а также механизма сверхпроводимости. Подобные магниты требуются для туннельных микроскопов с наноразмерным разрешением.
Разработкой новых композиционных материалов для сверхмощных магнитов в Курчатовском институте начали заниматься еще начале 1980-х годов. Как рассказал доктор технических наук Александр Константинович Шиков, существовавшие тогда высокопроводящие материалы обладали низкой прочностью-разрушались при прохождении через них сверхбольших токов. Главной задачей было повышение прочности материала при сохранении его высокой электропроводности. Первые испытания изготовленного импульсного магнита на основе новых композитов были проведены в институте еще в конце 1980-х годов, тогда сразу было достигнуто магнитное поле свыше 50 Тл. Окрыленные успехом физики занялись совершенствованием материала – дальнейшим его упрочнением за счет увеличения числа и одновременного уменьшения диаметра волокон из ниобия в матрице и увеличения электропроводности за счет повышения чистоты компонентов композита.
«Новый материал, впервые представленный на международной конференции в США в начале 1990-х годов, вызвал большой интерес у коллег из Лос-Аламосской национальной лаборатории, которые попросили изготовить для них партию нанокомпозитной проволоки для разрабатываемой мощной магнитной системы», – говорит А.К. Шиков.
В начале 2000-х годов в Лос-Аламасской лаборатории создали магнит, обеспечивающий рекордное на то время магнитное поле – около 90 Тл длительностью импульса 10 миллисекунд. Партию нового, доработанного, варианта композита российские специалисты отправили американским коллегам два года назад. И наконец, в начале апреля 2012 года рубеж в 100 Тл преодолен. Магнит, состоящий из семи катушек общим весом более 8 т, питает генератор мощностью около 330 киловатт-часов (1200 МДж).
Нанокомпозитную проволоку для соленоидов магнита получают по многостадийной технологии. Сложноорганизованный процесс включает электронно-лучевую плавку, обеспечивающую сверхвысокую чистоту меди и ниобия, холодное волочение на специально созданном оборудовании, экструзию для спекания компонентов композита, тщательно подобранные режимы термообработки.
Российский наноматериал может быть использован для линий электропередачи на Крайнем Севере, контактных сетей высокоскоростного железнодорожного транспорта, в устройствах импульсной штамповки и сварки, для гибких кабелей робототехники, электропроводящих элементов сотовых телефонов, в ответственных элементах в авиации, космонавтике, судостроении.
По материалам: «Наука и жизнь» № 7, 2012.
Фото: LANL.
Чернова С.А., Кафедра сварочного производства
Соленоид магнита изготовлен из российского сверхпрочного высокопроводящего нанокомпозита медь-ниобий, который и позволяет создавать столь высокие магнитные поля. Композит, разработанный в Курчатовском институте совместно с ВНИИ неорганических материалов им. А.А. Бочвара, состоит из медной матрицы сверхвысокой чистоты, которую пронизывают более 450 миллионов тончайших ниобиевых волокон диаметром менее 10 нанометров. Высокопрочный материал, обладающий высокой электропроводностью при достаточной пластичности, выдерживает без разрушения сверхбольшие токи (до сотни ампер), необходимые для создания мощного магнитного поля.
Сверхмощные магнитные поля нужны для проведения исследований твердого тела, например для изучения квантовых фазовых переходов, наведенных магнитным полем (так называемых критических квантовых точек, в которых небольшие изменения свойств материала при сверхнизких температурах вызывают мощные физические эффекты),а также механизма сверхпроводимости. Подобные магниты требуются для туннельных микроскопов с наноразмерным разрешением.
Разработкой новых композиционных материалов для сверхмощных магнитов в Курчатовском институте начали заниматься еще начале 1980-х годов. Как рассказал доктор технических наук Александр Константинович Шиков, существовавшие тогда высокопроводящие материалы обладали низкой прочностью-разрушались при прохождении через них сверхбольших токов. Главной задачей было повышение прочности материала при сохранении его высокой электропроводности. Первые испытания изготовленного импульсного магнита на основе новых композитов были проведены в институте еще в конце 1980-х годов, тогда сразу было достигнуто магнитное поле свыше 50 Тл. Окрыленные успехом физики занялись совершенствованием материала – дальнейшим его упрочнением за счет увеличения числа и одновременного уменьшения диаметра волокон из ниобия в матрице и увеличения электропроводности за счет повышения чистоты компонентов композита.
«Новый материал, впервые представленный на международной конференции в США в начале 1990-х годов, вызвал большой интерес у коллег из Лос-Аламосской национальной лаборатории, которые попросили изготовить для них партию нанокомпозитной проволоки для разрабатываемой мощной магнитной системы», – говорит А.К. Шиков.
В начале 2000-х годов в Лос-Аламасской лаборатории создали магнит, обеспечивающий рекордное на то время магнитное поле – около 90 Тл длительностью импульса 10 миллисекунд. Партию нового, доработанного, варианта композита российские специалисты отправили американским коллегам два года назад. И наконец, в начале апреля 2012 года рубеж в 100 Тл преодолен. Магнит, состоящий из семи катушек общим весом более 8 т, питает генератор мощностью около 330 киловатт-часов (1200 МДж).
Нанокомпозитную проволоку для соленоидов магнита получают по многостадийной технологии. Сложноорганизованный процесс включает электронно-лучевую плавку, обеспечивающую сверхвысокую чистоту меди и ниобия, холодное волочение на специально созданном оборудовании, экструзию для спекания компонентов композита, тщательно подобранные режимы термообработки.
Российский наноматериал может быть использован для линий электропередачи на Крайнем Севере, контактных сетей высокоскоростного железнодорожного транспорта, в устройствах импульсной штамповки и сварки, для гибких кабелей робототехники, электропроводящих элементов сотовых телефонов, в ответственных элементах в авиации, космонавтике, судостроении.
По материалам: «Наука и жизнь» № 7, 2012.
Фото: LANL.
Чернова С.А., Кафедра сварочного производства
