Сверхпроводники производства Росатома успешно прошли испытания для коллайдера нового поколения

16.06.2021

В Европейской организации по ядерным исследованиям (CERN, Швейцария) успешно завершились приемочные испытания российских ниобий-оловянных сверхпроводников, изготовленных в рамках программы по разработке сверхпроводников для проекта Кольцевого коллайдера будущего (Future Circular Collider; FCC), который должен прийти на смену Большому андронному коллайдеру.

Конструкция сверхпроводящих стрендов и технология их изготовления разработаны в московском ВНИИНМ им. А.А. Бочвара, квалификационная партия проводов общей длиной 50 км была выпущена на Чепецком механическом заводе в городе Глазов в Удмуртии (оба предприятия входят в Топливную компанию Росатома «ТВЭЛ»). Работы были выполнены в рамках соглашения между CERN и АО «ТВЭЛ», и по итогам успешных испытаний продукции АО «ТВЭЛ» квалифицировано как поставщик сверхпроводников для программ разработки высокополевых магнитов ускорителей частиц.

Высокие технические характеристики провода полностью соответствуют спецификации CERN. Специалисты CERN также изготовил кабель резерфордовского типа из проводов, поставленных АО «ТВЭЛ». В ходе испытаний достигнуты рекордные показатели для российских технологий сверхпроводимости, такие как плотность критического тока в электромагнитном поле, коэффициент остаточного электросопротивления, эффективный диаметр провода.

Магнитная система – один из ключевых элементов «Коллайдера будущего». Колоссальные размеры FCC (длина окружности - около 100 километров) потребует поставки значительного объема сверхпроводящих стрендов, который может быть произведен только совместными усилиями государств, обладающих такой технологией (по оценкам специалистов, потребности FCC в сверхпроводниках в разы могут превысить существующие производственные мощности по ниобий-оловянному стренду в мире).

FCC, который предлагается построить в Швейцарии в начале сороковых годов, является ключевым международным проектом научного сообщества, который должен помочь ученым вывести на новый уровень фундаментальные исследования в области физики элементарных частиц. В частности, помочь понять природу темной материи, возникновение асимметрии вещества и антивещества в наблюдаемой Вселенной, а также в других вопросах за рамками так называемой Стандартной модели современной физики. 

В отличие от сверхпроводников, созданных в Росатоме для международного термоядерного реактора ITER, стренды для проекта FCC получены методом внутреннего источника олова. Это позволило изготовить провод со значительно более высоким значением плотности критического тока, что является необходимым условием для создания современных магнитных систем ускорителей и установок физики высоких энергий.

«Ученые и инженеры Топливного дивизиона Росатома в очередной раз продемонстрировали высокий класс в области сверхпроводимости, сумев в сжатые сроки создать технологию и изготовить продукцию с характеристиками, соответствующими передовому мировому уровню. Мы гордимся тем, что сверхпроводники нашего производства сделают возможным реализацию крупнейших российских и международных научны проектов в области физики высоких энергий и термоядерного синтеза, таких как FCC, ITER, NICA и FAIR. Помимо ниобий-оловянных проводов, мы также ведем разработки ниобий-титановых проводов по требованиям «Коллайдера будущего» и особо чистого резонаторного ниобия, который понадобится для изготовления ускорительных систем коллайдера», - отметила президент АО «ТВЭЛ» Наталья Никипелова.

Прикладная сверхпроводимость – одно из стратегических направлений развития неядерных технологий в Топливной компании ТВЭЛ. Помимо проектов фундаментальной науки, низкотемпературные сверхпроводящие материалы (СПМ) незаменимы при создании современной медицинской техники (магнитно-резонансных томографов), а также в аналитическом оборудовании высокого и сверхвысокого разрешения, таких как ЯМР-спектрометры. Ключевой приоритетной задачей в рамках развития технологий сверхпроводимости является разработка высокотемпературных СПМ, применение которых позволит значительно улучшить эксплуатационные характеристики традиционных электротехнических устройств и устройств электроэнергетики.

Для справки:

Разработка провода для проекта FCC, удовлетворяющего требованиям CERN, также ведется в США, Европе, Южной Корее, Японии и Китае. В России единственным разработчиком и производителем низкотемпературных технических сверхпроводников является Топливная компания Росатома «ТВЭЛ». В Высокотехнологическом научно-исследовательском институте неорганических материалов им. А.А. Бочвара ведется разработка конструкций и технологий изготовления сверхпроводящих проводов на основе сверхчистого ниобия и его сплавов.

Промышленное освоение таких проводов производится на Чепецком механическом заводе (АО ЧМЗ). Производство низкотемпературных СПМ было создано на ЧМЗ в рамках участия России в проекте строительства Международного термоядерного экспериментального реактора (ITER) во Франции. В 2009-2014 гг. завод произвел для ITER более 200 т, или 61 тыс. км низкотемпературных сверхпроводников.

В конце 2020 года ниобий-титановые сверхпроводники, разработанные и изготовленные в топливном дивизионе Росатома, позволили достичь проектных значений магнитного поля ускорителя тяжелых ионов (бустера), входящего в первый каскад мегасайенс-проекта ускорительного комплекса NICA в Дубне.

Топливная компания Росатома «ТВЭЛ» (Топливный дивизион Госкорпорации «Росатом») включает предприятия по фабрикации ядерного топлива, конверсии и обогащению урана, производству газовых центрифуг, а также научно-исследовательские и конструкторские организации. ТВЭЛ является единственным поставщиком ядерного топлива для российских АЭС обеспечивает топливом в общей сложности 75 энергетических реактора в 15 государствах, исследовательские реакторы в девяти странах мира, а также транспортные реакторы российского атомного флота. Каждый шестой энергетический реактор в мире работает на топливе ТВЭЛ. Топливный дивизион Росатома является крупнейшим в мире производителем обогащенного урана.

В Топливном дивизионе активно развиваются новые бизнесы в области химии, металлургии, технологий накопления энергии, 3D-печати, цифровых продуктов, а также вывода из эксплуатации ядерных объектов. В контуре Топливной компании ТВЭЛ созданы отраслевые интеграторы Росатома по аддитивным технологиям и системам накопления электроэнергии. http://www.tvel.ru