В настоящее время при научном руководстве ВНИИ неорганических материалов им. Бочвара (г. Москва) на АО ЧМЗ создано широкомасштабное производство сверхпроводящих материалов. Это производство является обязательством России по участию в строительстве исследовательского термоядерного реактора (ИТЭР).
Технические сверхпроводники – это многожильные композиты диаметром от 0,1 до 6 мм, длиной от нескольких сотен метров до нескольких десятков километров, содержащие в металлической матрице с высокой тепло- и электропроводностью строго определенную долю непрерывных жил из сверхпроводящего материала.
К сверхпроводниковым материалам предъявляются высокие требования – величина и стабильность значений критических параметров, сохранение целостности материала, структурная однородность по длине, допуски на геометрические размеры поперечного сечения, уровень токовых характеристик и т.п.
Производство Сверпроводящих Материалов (СПМ)
Создание единственного в России промышленного производства сверхпроводников началось в 2004 г. Целью создания производства низкотемпературных сверхпроводников является участие России в проекте Международный Термоядерный Экспериментальный Реактор (ИТЭР).
Решение этой задачи было возложено на АО “ТВЭЛ”, входящее в состав ГК Росатом. Его дочернее предприятие АО “Чепецкий механический завод”, имеющее на своей базе металлургическое, прессовое и прокатное оборудование было выбрано как предприятие, способное создать уникальное наукоемкое, технически и технологически сложное производство. С 2010 года начато промышленное производство низкотемпературных сверхпроводящих материалов диаметром 0,7-0,8 мм, длиной не менее 1000 м на основе ниобий-титанового сплава и соединения Nb3Sn в медной матрице с высокими электро-физическими свойствами.
ИТЭР в разрезе:
- Центральный соленоид
- Полоидальная магнитная подушка
- Тороидальная магнитная катушка
- Вакуумная камера
- Криостат
- Дивертор
Этапы реализации проекта:
2001 г. – обоснование инвестиций.
2002 г. – ТЭО проекта.
2003 – 2008 г.г. – создание производства.
2009 г. – отработка технологии.
2010 г. – начало промышленного производства, выпуск 30 тонн стрендов.
2011 г. – выход на проектную мощность – до 60 тонн в год.
2014 г. – в рамках международного проект ИТЭР изготовлено около 100 т ниобий-оловянных стрендов для проводника тороидального поля и 125 т ниобий-титановых – для проводника полоидального поля будущей установки.
На данный момент, ЧМЗ, сохраняя все накопленные компетенции, принимает участие в других международных проектах, связанных со сверхпроводниками.
Свойства NbTi сверхпроводника для ИТЭР:
- Диаметр сверхпроводника: 0.730±0.005 мм
- Длина единичного куска: не менее 1000 м
- Количество волокон: 4488
- Критический ток: >306 А
Свойства Nb3Sn сверхпроводника для ИТЭР:
- Диаметр сверхпроводника: 0.820±0.005 мм
- Длина единичного куска: не менее 1000 м
- Количество сдвоенных волокон: 9540
- Критический ток: >190 А
Начиная с 2014 г, после завершения выпуска продукции для программы ИТЭР, на создаваемом производстве возможен выпуск сверхпроводящего провода для других применений:
- ЯМР – томографы для медицины;
- транспорт: водный, воздушный, наземный (поезда на магнитной подушке);
- электроэнергетика – накопители энергии (СПИН);
- промышленность – магнитные сепараторы;
- исследования в области химии и биологии – ядерно-магнитные сканеры;
- геологоразведка, добыча и переработка полезных ископаемых;
- исследовательские лаборатории – высокопольные импульсные магниты;
- системы телекоммуникации.
Технологическая схема производства многожильных NbTi сверхпроводников Разработана АО “ВНИИНМ им. академика А.А. Бочвара
Технологическая схема производства многожильных Nb3Sn сверхпроводников Разработана АО “ВНИИНМ им. академика А.А. Бочвара
В результате выполнения работ по организации производства сверхпроводящих материалов на АО ЧМЗ введены в действие комплексы оборудования:
- восстановительной плавки ниобия;
- электронно-лучевого и электронно-лучевого с промежуточной ёмкостью переплава – 1, 4;
- прессования на гидравлических прессах с усилием 1500 и 6000 тс, волочения с диам. 80 до 0,7 мм – 2;
- обработки резанием деталей типа тел вращения – 3;
- вакуумного индукционного, вакуумного дугового и вакуумного дугового гарнисажного переплава;
- специального оборудования для сборки и сварки заготовок, необходимых для изготовления композитных материалов;
- печное оборудование для отжига проволоки различного диаметра в защитной и восстановительной атмосфере;
- специального оборудования для сборки, дегазации и сварки заготовок, необходимых для изготовления композитных материалов – 5;
- оборудования для химических и ультразвуковой очистки проволоки и прутков различного диаметра;
- оборудования для получения защитных газов и проведения криогенных испытаний.
Компоненты составной заготовки сверхпроводящего стренда
Оборудование производства сверхпроводящих материалов может быть использовано для выпуска следующих видов продукции:
- ниобий-титановые (NbTi) и ниобий-оловянные (Nb3Sn) стренды различных конструкций;
- слитки NbTi и изделия из этих слитков (прутки, прокат);
- слитки и прокат из высокочистого ниобия;
- сварочная проволока различного диаметра из сплавов титана, проволока различных диаметров из различных металлов и сплавов;
- жидкий гелий.
Источник http://www.chmz.net