автореферат диссертации по энергетике, 05.14.03, диссертация на тему:Механические и электромагнитные свойства конструкционных материалов сверхпроводниковых магнитов для установок термоядерного синтеза

Федеральное государственное бюджетное учреждение Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»

На правах рукописи

3

КРИВЫХ Анатолий Владимирович

МЕХАНИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ СВЕРХПРОВОДНИКОВЫХ МАГНИТОВ ДЛЯ УСТАНОВОК ТЕРМОЯДЕРНОГО СИНТЕЗА

Специальность 05.14.03 - Ядерные энергетические установки, включая проектирование, эксплуатацию и вывод из эксплуатации

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

3 МАЯ 2015

005560019

Москва — 2014

005560019

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»

Научный консультант:

Кейлин Виктор Ефимович, доктор технических наук, профессор, НИЦ КИ г. Москва, главный научный сотрудник

Официальные оппоненты: Панцырный Виктор Иванович,

доктор технических наук, АО «Русский сверхпроводник» г. Москва, директор по развитию Пенкин Владимир Тимофеевич, доктор технических наук, профессор, МАИ (Национальный исследовательский университет) г. Москва, старший научный сотрудник Шарый Николай Васильевич, доктор технических наук, АО "ОКБ "Гидропресс"", г. Подольск, Московская область, главный специалист

Ведущая организация: Акционерное общество «Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов» имени академика A.A. Бочвара (АО «ВНИИНМ»)

Защита состоится «31» марта 2015 г. в 14-00 часов на заседании диссертационного совета Д 520.009.06 при Национальном исследовательском центре «Курчатовский институт» по адресу: 123182 г. Москва, пл. Академика Курчатова, д. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» и на сайте www.nrcki.ru

Автореферат разослан « // » 2015 г.

Отзывы и замечания по автореферату в двух экземплярах, заверенные печатью, просьба высылать по вышеуказанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета.

Ученый секретарь диссертационного совета ^

Д 520.009.06, доктор технических наук, профессор В.Г. Мадеев

Общая характеристика работы

Актуальность работы

В настоящее время явление сверхпроводимости активно используется в различных областях энергетики, техники, физики, химии, медицины и биологии. Технику управления пучками заряженных частиц и медицинскую диагностику невозможно представить без применения сверхпроводниковых магнитов. В пузырьковых и искровых камерах и в ЯМР-спектроскопии сверхпроводниковые магниты (СМ) давно вытеснили обычные магниты. Уже несколько лет работает большой адронный коллайдер, все магниты которого сверхпроводниковые.

Сейчас в мире создано несколько токамаков (Т-15, Tore Supra, Triam-1M, KSTAR), JT-60, в которых магнитные поля создаются сверхпроводниковыми магнитами. Самым значительным проектом в настоящее время считается ИТЭР (международный термоядерный экспериментальный реактор), где Европа, США, Япония, Российская Федерация, Китай, Южная Корея и Индия объединились для создания суперустановки в г. Кадараш (Франция). Без применения сверхпроводниковых магнитов при ее сооружении невозможно решение проблемы управляемого термоядерного синтеза.

Определяющая роль сверхпроводниковым магнитам отводится при создании ядерных энергетических установок, где требуется поддержание магнитного поля величиной более 5 Тл в больших пространственных объемах (>1000 м1) в течение тысяч часов. Сверхпроводимость рассматривается как единственный реальный путь удержания высокотемпературной плазмы. Только в этом случае возможно снизить энергетические затраты на создание высоких магнитных полей и добиться положительного КПД энергетической установки. Другими словами, сверхпроводниковые магниты являются основной, безальтернативной частью конструкции энергетических термоядерных установок с ненулевым КПД, ориентированных на реальное производство энергии. Кроме того, использование сверхпроводниковых магнитов позволяет поднять поток нейтронов за счет длительного удержания сильного магнитного поля, что важно при работе термоядерного реактора в режиме реактора-размножителя (бридера) или термоядерного источника нейтронов (ТИН).

Эскизное проектирование ИТЭР было начато в 1988 г., и в 2005 г. закончилась разработка технического проекта. Соглашение о строительстве ИТЭР было подписано в ноябре 2006г. Сейчас идет строительство этой установки.

ИТЭР представляет собой гигантское сооружение. Внешний диаметр магнитной системы составляет 25 м, высота 15 м. Общий вес магнитной системы с силовыми конструкциями составляет примерно 10 тысяч тонн. Магнитная система состоит из

18 Б-образных обмоток тороидального магнитного поля, образующих тор, 6 соленоидов полоидального магнитного поля, центрального соленоида, состоящего из 6 секций, и 18 корректирующих обмоток. Тороидальный магнит создает индукцию магнитного поля 5.3 Тл на оси плазмы. Максимальная индукция магнитного поля достигает 13 Тл в центральном соленоиде, а полная запасенная электромагнитная энергия 51.4 ГДж. Но, несмотря на его размеры, ИТЭР будет использоваться только для отработки технологий и как реактор-размножитель (бридер). Реакторы следующего поколения (ДЕМО и др.) будут иметь уже отличный от ноля КПД и сами станут источниками энергии.

Для сверхпроводниковых обмоток в ИТЭР используются ЫЬзБп и МЯЧ-низкотемпературные сверхпроводники, обеспечивающие высокую плотность тока. Применение высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) при строительстве перспективных установок термоядерного синтеза позволит еще выше поднять конструктивную плотность тока в обмотках их магнитов, однако уже сейчас понятно, что это не имеет смысла без решения двух ключевых проблем:

- ограничение возникающих в процессе работы СМ механических деформаций;

- защита СМ при переходе его в нормальное состояние.

В данной работе внимание сфокусировано на первой проблеме.

С ростом масштабов сверхпроводниковых магнитов эффективность их применения возрастает. Однако, создавая крупные низкотемпературные СМ с высокой плотностью тока и напряженностью магнитного поля, а также СМ с обмотками сложной формы, конструкторы столкнулись с трудной проблемой. Нередко оказывалось, что предельный ток перехода магнитов в нормальное состояние был ниже критического тока короткого образца или даже расчетного тока (деградация), иногда с некоторой тенденцией к увеличению в процессе последовательных переходов в нормальное состояние (тренировка).

Создание СМ ставит перед проектировщиками много задач — выбор рабочего тока, конструкция токонесущего элемента, материал изоляции и другие. Особое место занимают проблемы устранения тренировки и деградации крупных СМ, поскольку для таких магнитов, работающих при температуре жидкого гелия, возникает неопределенность предельных характеристик, главной из которых является величина тока перехода магнита в нормальное состояние. Крайне необходимо устранить или максимально снизить эту неопределенность, порождаемую как раз тренировкой и деградацией СМ.

Впервые систематические работы по влиянию механических напряжений на электромагнитные характеристики СМ были начаты в ИАЭ им. И.В. Курчатова (ныне НИЦ «Курчатовский институт») в Лаборатории физико-механических испытаний еще в семидесятые годы прошлого столетия, продолжаются сегодня и обобщены в настоящей диссертации. До

начала данной работы рассмотрение механических напряжений в качестве основного источника неустойчивости в научной литературе было весьма фрагментарным. Сегодня во многом благодаря, в том числе, исследованиям, проведенным в НИЦ КИ, этот фактор признан основным среди причин, приводящих к переходу крупных СМ в нормальное состояние.

Магниты ИТЭР должны удерживать около 1000 м3 плазмы при высоком токе (50 кА) и напряжении (5 кВ), а магнитное поле в центральном соленоиде достигает 13 Тл. Только тороидальный магнит содержит 250 т сверхпроводящих стрендов на основе №>з5п. Для обмоток магнитов тороидального поля ИТЭР используется проводник типа «кабель в оболочке», в котором 1422 стренда из ЫЬзЗп и меди предварительно свиты в кабель и заключены в жесткую стальную оболочку. В качестве материала оболочки в результате длительных исследований выбрана нержавеющая сталь марки 316 ЦЧ-ГС.

Подобная сталь аустенитного класса является основным конструкционным материалом не только оболочек проводников для всех магнитных систем термоядерного реактора, но также криостатов и каркасов ИТЭР. Вес нержавеющей стали, работающей при гелиевой температуре, составляет несколько тысяч тонн. Ее использование обусловлено необходимостью снижения деформации проводников во время работы, она воспринимает основную часть нагрузки и, как правило, работает под воздействием высоких механических напряжений, достигающих, например, в ИТЭР 400 МПа. Немагнитная в обычных условиях, эта сталь может приобретать магнитные свойства в области низких температур в результате деформации, возникающей под действием этих нагрузок.

Как известно, появление намагниченности является признаком повышения хрупкости нержавеющих сталей аустенитного класса, приводит к развитию трещин в конструкциях, что крайне нежелательно при эксплуатации установок, работающих в критических условиях, например, ядерных и термоядерных реакторов. Эта проблема еще более актуальна при эксплуатации конструкций, работающих при гелиевых температурах, поскольку деформация в этих условиях приобретает скачкообразный характер, что может привести к динамическим нагрузкам даже при плавном статическом нагружении конструкции. По этой причине в настоящей работе исследованию механических свойств нержавеющей стали 316 ЬИ-Ю уделено особое внимание.

Цель диссертационной работы состоит в разработке эффективных методов подавления неустойчивостей механического происхождения в обмотках сверхпроводниковых магнитов, апробации этих методов на созданных с участием автора магнитах с высоким уровнем механических напряжений и применении их для прогнозирования поведения предельных параметров крупных сверхпроводниковых магнитов, в том числе, для установок термоядерного синтеза.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- изучение на модельных сверхпроводниковых магнитах (СМ) основных факторов, определяющих плохо прогнозируемое поведение предельно-достижимых токов крупных магнитов;

- поиск ключевых факторов, которые необходимо учитывать при конструировании крупных СМ, работающих в экстремальных условиях низких температур и высоких механических напряжений;

- разработка методов и технологий, позволяющих создавать крупные СМ с высоким уровнем механических напряжений в том числе, для установок термоядерного синтеза 88Т-1 (Индия) и ИТЭР (Франция), которые без тренировки дают возможность достичь рабочих значений тока;

- применение заявленных методов при изготовлении крупных магнитов с высоким уровнем механических напряжений для установок различного назначения, в том числе, для СМ строящихся токамаков с целью их экспериментальной проверки;

- разработка и экспериментальная проверка способов, позволяющих предсказывать поведение предельных параметров крупных СМ по результатам испытаний магнитов меньшего размера;

-исследование устойчивости модельного соленоида для токамака БЭТ-!, изготовленного с использованием «кабеля в оболочке», и изучение механических потерь в этом кабеле;

- экспериментальное исследование механических и электрофизических свойств конструкционных материалов при низкой температуре, в том числе процесса скачкообразной деформации как причины импульсных тепловыделений, оказывающих существенное влияние на рабочие характеристики крупных СМ. Детальное изучение особенностей низкотемпературной деформации на примере нержавеющей стали 31 бЬИ-Ю, используемой для изготовления оболочки проводника тороидальных магнитов ИТЭР.

Научная новизна. В диссертационной работе впервые:

1. Систематически исследована роль механических деформаций в обмотках сверхпроводниковых магнитов (СМ) как основного источника импульсных тепловыделений, приводящих к преждевременным переходам в нормальное состояние [А10]. На небольших модельных магнитах, помещенных во внешнее магнитное поле, воспроизведены высокие механические напряжения, присущие крупным СМ. Подробно изучено влияние механических свойств обмоток магнитов на их тренировку и деградацию. В результате выявлены ключевые факторы, позволившие устранить тренировку и уменьшить деградацию.

2. Экспериментально доказано, что пластическая деформация обмоток СМ при гелиевой температуре носит скачкообразный характер, который сопровождается

значительными импульсными тепловыделениями, вызывающими переходы СМ в нормальное состояние [А12]. Показано, что скачки деформации нарушают устойчивость сверхпроводящего состояния при любых реальных скоростях ввода тока в СМ, и низкая теплоемкость конструкционных материалов при гелиевой температуре не в состоянии препятствовать этому процессу.

3. Обнаружена скачкообразная пластическая деформация компаундированных обмоток СМ в области температур выше азотной [All]. Сопровождающие её эффекты локального тепловыделения необходимо учитывать при разработке подобных обмоток, работающих при этих температурах.

4. Экспериментально установлена непосредственная связь тренировки и деградации СМ с изменением формы и пластической деформацией его обмотки [А12]. Показано, что деформация обмотки под действием пондеромоторных сил состоит из двух составляющих -пластической деформации, ответственной за тренировку, и микропластической, ответственной за деградацию.

5. Изучена роль осевой составляющей пондеромоторной силы [А13]. Показано, что при прочих равных условиях деформация обмотки соленоида начинается в осевом направлении с витков на каркасе, что приводит к трению обмотки о каркас и преждевременным переходам обмотки СМ в нормальное состояние.

6. На модельных бифилярных обмотках показано, что микроперемещения отдельных витков также приводят к преждевременному переходу СМ в нормальное состояние, что может стать критическим при работе магнита в экстремальных условиях [А 10].

7. Предложены новые способы увеличения предельных токов в обмотках магнитов, уменьшающие импульсные тепловыделения механического происхождения в крупных СМ [А15], в том числе, изготовленных для SST-1 и ИТЭР. Проведена их апробация на образцах магнитов для прототипов установок для медицины, транспорта и горно-обогатительной промышленности. Результаты испытаний свидетельствуют о возможности обеспечения заданных рабочих параметров магнитов с высоким уровнем механических напряжений.

8. Разработаны рекомендации по достижению проектных параметров при изготовлении крупных СМ [A3, Al 5] за счет повышения коэффициента заполнения их обмоток металлом до 0.65-0.85 вследствие: (1) увеличения размеров токонесущего элемента («размерный эффект»); (2) применения проводников прямоугольной формы; (3) уменьшения толщины изоляции, прокладок и других компонентов; (4) внутреннего бандажирования обмотки [А19].

9. Разработана и экспериментально опробована методика геометрически подобного моделирования соленоидов для определения предельно достижимых механических напряжений

в крупных СМ [А2]. Запатентована методика устранения деградации: «Способ электродинамической обработки сверхпроводящего магнита» [А 16].

10. Для токамака SST-1 на модельном соленоиде проверена устойчивость проводника типа «кабель в оболочке» к электромагнитным и тепловым возмущениям, сопровождающим работу установки [А29]. Исследованы механические потери в проводнике при деформации поперечной нагрузкой. Показано, что механические потери характеризуются гистерезисом и при первом нагружении проводника могут составлять до 30% от общих потерь.

11. Применён комбинированный метод исследования скачков пластической деформации в материалах с помощью экстензометра, термометра и датчика магнитного поля в области гелиевых температур. С его помощью изучены магнитоупругие свойства нержавеющей стали 316LN-IG, используемой для изготовления оболочек проводников магнитной системы ИТЭР. Обнаружен ранее неизвестный магнитоупругий эффект при деформации стали в области низких температур [A3 6] . Впервые наблюдены локальные понижения температуры в процессе деформации [А7]. Предложено их объяснение на основе магнетокалорического эффекта [А8].

Результаты, выносимые на защиту.

Перечисленные выше разработки, методы и положения, наряду с конкретными результатами исследований, выносятся на защиту и имеют большое практическое значение в части, касающейся создания крупных магнитов с высоким уровнем механических напряжений и прогнозирования поведения их предельных параметров.

Разработки и рекомендации настоящей работы относительно выбора предельных параметров крупных СМ в зависимости от уровня механических деформаций, вызванных пондеромоторными нагрузками, могут быть использованы при создании демонстрационного термоядерного реактора с ненулевым КПД (ДЕМО), термоядерного источника нейтронов (ТИН) и других крупных установок термоядерного синтеза.

Достоверность полученных результатов подтверждается успешными испытаниями многочисленных крупных сверхпроводниковых магнитов [А14, А17, А19, А21, А23], созданных с использованием предложенных в диссертации методик [А15], которые впоследствии нашли применение в различных областях науки и техники, в том числе, в установках термоядерного синтеза. Полученные результаты опубликованы в ведущих отечественных и зарубежных рецензируемых изданиях. На разработанные методики получены российские и зарубежные патенты [А16, А18, А24, А26, А27].

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих российских и международных конференциях:

1-ой Международной конференции по технической сверхпроводимости (Стенфорд, США, 1977),

2-ой Всесоюзной конференции по технической сверхпроводимости (Ленинград, 1984), 16-ом Международном конгрессе по обогащению минерального сырья (Стокгольм, Швеция, 1988),

2-ой Всесоюзной конференции по высокотемпературной сверхпроводимости (Киев,

1990),

2-ой Международной конференции по криогенным материалам (Ленинград, 1991),

3-ей Международной конференции по прикладной сверхпроводимости (Окленд, США,

1992),

Симпозиуме по использованию сверхпроводимости для накопителей энергии (Карсруэ, Германия, 1994),

16-ой Международной конференции по магнитной технологии (Флорида, США, 1996),

17-ой Международной конференции по криогенным материалам (Церн, Швейцария,

2001),

12-ой Международной конференции по прикладной сверхпроводимости (Вашингтон, США, 2010),

22-ой Международной конференции по криогенным материалам (Спокан, США, 2011), Международной научно-технической конференции «Нанотехнологии функциональных материалов» (Санкт-Петербург, Россия, 2012),

24-ой Международной конференции по криогенным материалам (Анкоридж, США,

2013),

25-ой Международной конференции по криогенным материалам (Эннсхед, Нидерланды,

2014),

13-ой научно-технической конференции «Новые перспективные материалы, оборудование и технологии для их получения» (Москва, Россия 2014).

Публикации

По материалам диссертационной работы опубликовано 56 печатных работ, в том числе, 40 в рецензируемых журналах, из них 25 в российских. Получено 5 авторских свидетельств и патентов, в том числе, один Европатент, и одно «ноу-хау». Практическая значимость работы

Разработанные в диссертации методы и технологические приемы позволили создать крупные нестационарно-стабилизированные СМ для различных областей промышленности, транспорта, медицины и ядерных энергетических установок:

- Изготовлен СМ опытно-промышленного сепаратора «Криоджин» для обогащения слабомагнитных железных руд, который успешно прошел производственные испытания на опытном производстве института Механобрчермет (г. Кривой Рог, Украина) [А17]. На

разработанную сверхпроводниковую магнитную систему (CMC) получено авторское свидетельство [Al8].

- Спроектирована и изготовлена низкотемпературная сверхпроводниковая обмотка возбуждения линейного электродвигателя для прототипа электродвигателя транспорта на магнитном подвесе [А19]. Прототип прошел успешные стендовые испытания в МИИТ (г. Москва, Россия) и удостоен серебряной медали ВДНХ.

- Разработан, изготовлен и успешно испытан соленоид «внешнего поля» для технологических испытаний сверхпроводников, одновременно являющийся внешней секцией высокополевого магнита, с полем в центре 6 Тл, внутренним диаметром 500 мм и запасенной энергией 1.78 МДж [А14]. На магните такого типа, изготовленном в НИЦ «Курчатовский институт», проверен метод электродинамической обработки крупных СМ, защищенный авторским свидетельством [Al 6].

- Разработан, изготовлен и успешно испытан СМ для магнито-резонансного томографа всего тела [А23]. На линию для изготовления токонесущего элемента с матрицей из алюминия получен патент [А24]. Сверхпроводники, стабилизированные алюминием [А22], нашли широкое применение после этих работ. Создана и успешно испытана система защиты короткозамкнутого сверхпроводникового магнита томографа, получен патент [А26], зарегистрирована заявка на Европатент [А27]. Запатентован стол пациента для томографа [А28].

- На модельном СМ для токамака SST-1 испытана устойчивость проводника типа «кабель в оболочке» к тепловым возмущениям, сопровождающим работу установки [А30]. Изучены механические свойства кабеля при деформации поперечной силой и показано, что механические потери могут достигать 30% от общих потерь. На основе результатов проведенных испытаний подтверждена возможность использования проводников этого типа в токамаках SST-1 и ИТЭР.

Личный вклад автора

Разработка, изготовление и испытания сверхпроводниковых магнитов, представленных в диссертации, проводились в НИЦ «Курчатовский институт» при непосредственном и, в ряде случаев, определяющем участии автора.

Автором лично предложен ряд эффективных методов подавления неустойчивостей механического происхождения в обмотках крупных сверхпроводниковых магнитов, в том числе, для установок термоядерного синтеза, за счет:

- повышения их жесткости в результате увеличения коэффициента заполнения обмотки металлом;

- предварительной электродинамической обработки при низких температурах;

- внутреннего бандажирования обмоток сложной формы;

- использования метода масштабирования: моделирования крупных магнитных систем с помощью геометрически подобных соленоидов меньших размеров.

Автором измерены механические потери при действии поперечной пондеромоторной нагрузки на проводник типа «кабель в оболочке» для токамака 88Т-1, экспериментально исследована устойчивость проводника к возмущениям, возникающим при его работе.

Разработанная автором оригинальная методика механических испытаний материалов с помощью экстензометра, термометра и датчика магнитного поля в области гелиевых температур позволила наблюдать новые, ранее неизвестные магнитоупругие эффекты на нержавеющей стали, используемой для изготовления оболочек проводников магнитной системы ИТЭР.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения и библиографии. Общий объем диссертации 231 страница. Из них 221 страницы текста, включая 123 рисунка и 12 таблиц. Библиография включает 127 наименований на 10 страницах.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, определены цели и задачи исследования, представлены и аргументированы научная новизна и практическая значимость результатов, выносимых на защиту.

В первой главе сделан обзор публикаций, посвященных проблеме тренировки и деградации токонесущей способности низкотемпературных СМ, выявлению влияния механических напряжений на их предельные характеристики. Сделан обзор литературы, в которой представлены обоснования для выбора конструктивной плотности рабочего тока СМ.

Последовательно рассмотрены работы, посвященные методам расчета механических напряжений в обмотках СМ. Расчет механических напряжений есть важный момент при выборе конструктивной плотности тока СМ. Сделан акцент на том, что измерение деформаций в обмотке СМ является наиболее надежным способом оценки реального напряженного состояния во время ее работы.

Повышение средней конструктивной плотности тока СМ, естественно, весьма желательно. Но на современном уровне знаний технологии создания СМ не обеспечивают достаточной надежности ее достижения для низкотемпературных сверхпроводниковых магнитов, и проблема состоит не столько в повышении конструктивной плотности тока, сколько в обоснованности ее выбора. О деградации принято говорить, когда предельный ток

СМ не достигает критического значения. Если при этом превышено расчетное значение тока, то при наличии достаточного количества гелия удается решить все проблемы путем тренировки магнита за исключением того случая, когда магнит не «запоминает» тренировку после отогрева до комнатной температуры. Критерием выбора параметров низкотемпературного сверхпроводникового соленоида обычно служит оценка механических напряжений от пондеромоторных сил, которые, например, для соленоидов на основе ниобий-титана, традиционно не должны превышать 120 МПа.

Систематизированы известные методы уменьшения тренировки и устранения деградации низкотемпературных СМ в зависимости от причин, их вызывающих. Разнообразие способов уменьшения тренировки и деградации связано, главным образом, с тем, что механизмов генерации тепловыделения в магнитах достаточно много. Ответ на вопрос «В чем действительная причина тренировки и деградации сверхпроводниковых магнитов?» имеет скорее вид «и-и», а не «или-или». Борьба с нестабильностями в СМ напоминает в каком-то смысле открытие и подавление неустойчивостей в термоядерной плазме. Конца этой борьбе пока не видно, и до сих пор создание СМ является скорее плодом инженерного искусства, нежели результатом строгого расчета.

Вторая глава посвящена экспериментам по исследованию тренировки и деградации механического происхождения на низкотемпературных сверхпроводниковых модельных магнитах [А12]. Экспериментальная установка представляла собой сверхпроводниковый соленоид, внутри которого помещались круглые (0110 мм, толщина 10 мм и высота 30 мм) и одинакового периметра овальные обмотки (соотношение осей каркаса 40 мм/160 мм). Обмотки наматывались сверхпроводящим проводом основе ниобий-титана. Они испытывались в собственном и в различных внешних магнитных полях. Для того чтобы выявить влияние какого-либо фактора на тренировку и деградацию, предельные токи овальной обмотки сопоставлялись с предельными токами «эквивалентного» по всем остальным параметрам круглого магнита.

Результаты испытаний представлены в виде полевых зависимостей предельной плотности тока. Деградация и даже тренировка идентичных по всем параметрам модельных магнитов хорошо воспроизводились и повторялись, что говорит о минимальном влиянии случайных факторов на предельные токи.

Во внешнем магнитном поле предельные токи овального магнита были почти в три раза меньше токов «эквивалентного» круглого магнита. При этом предельные токи овальных обмоток практически не зависели от критического тока проводника, условий охлаждения и запаса по температуре. С другой стороны, изменения механических характеристик проводника, обмотки и конструкции овального магнита эффективно воздействовали на характер полевой

зависимости предельных токов модельных магнитов. Это наиболее ярко иллюстрировалось результатами испытания одной и той же компаундированной овальной обмотки в четырех различных вариантах: (1) с каркасом и бандажом, (2) с каркасом и без бандажа, (3) с бандажом и без каркаса и (4) без бандажа и без каркаса. На рисунке 1 представлены результаты таких испытаний.

Кроме того, экспериментально продемонстрирован эффект «самобандажирования» обмоток, который резко возрастал в плотных и тонких обмотках и «размерный эффект», который является следствием увеличения коэффициента заполнения обмотки металлом.

В бескаркасных компаундированных овальных обмотках деформации при испытании во внешнем поле были столь значительны, что позволяли непосредственно наблюдать изменение индуктивности обмотки за счет изменения ее формы при вводе и выводе тока по величине электрического напряжения. Форма овальной обмотки однозначно была связана со значением тока начала тренировки. Если обмотка предварительно округлялась, то тренировка уменьшалась.

Ш 500 SQO 100

/ е 3 4 S 6 7

Рисунок 1. Влияние каркаса и бандажа на предельные токи компаундированной овальной обмотки (на схемах условно показано наличие каркаса и бандажа)

«Визуализировать» удалось и микропластичность обмотки, которая возникает при каждом нагружении обмотки и сопровождается тепловыделениями, приводящими к деградации. Деформация обмотки уравновешивает пондеромоторную нагрузку при столь

низком уровне тока, что тепловыделения еще не достаточны для перевода обмотки в нормальное состояние. Электрическое напряжение для таких обмоток играло роль индикатора и измерителя величины интенсивности деформаций от пондеромоторных сил. При увеличении тока наблюдался плавный максимум, а при его уменьшении на вольт-амперной характеристике возникал резкий минимум напряжения. Результаты изменения электрического напряжения в процессе ввода и вывода тока в бескаркасную компаундированную овальную обмотку показаны на рисунке 2.

Продемонстрирован вклад осевых механических деформаций в процесс тренировки и деградации соленоидов [А13]. Анализ показал, что осевые перемещения витков на каркасе начинаются раньше, чем другие сдвиги, поэтому трение о каркас может иногда иметь решающее значение для возникновения тренировки и деградации, тем более, что из-за высокого магнитного поля температурный запас для витков сверхпроводника на каркасе минимален.

Рисунок 2. Вольт-амперные характеристики бескаркасной овальной обмотки при вводе и выводе тока

Найдена возможность воспроизведения тренировки и деградации, присущих крупным СМ, на небольших овальных обмотках, помещенных во внешнее магнитное поле путем увеличения пондеромоторных деформаций при вводе тока. Тепловыделения, сопровождающие эту деформацию, носят импульсный и локальный характер. Экспериментальные факты говорят о механическом происхождении возмущений, ответственных за тренировку и деградацию, а также подтверждают их связь со скачками пластической деформации [А10, А11].

Деформацию обмотки под действием поидеромоториых сил можно условно разделить на две составляющие: пластическую, отвечающую за тренировку, и микропластическую, которая сопровождает обратимую деформацию и приводит к деградации [А12]. Полного устранения тренировки и деградации удается добиться лишь после ограничения всех возможных пластических деформаций, возникающих при вводе тока в СМ [АЗ].

В третьей главе рассмотрены способы уменьшения тренировки и деградации в соленоидах с обмотками из ниобий-титанового сверхпроводника [А15]. Основное направление, в котором велись работы, это снижение уровня механических деформаций и напряжений непосредственно в обмотках СМ без уменьшения в них конструктивной плотности тока.

Прежде всего, использовались различные способы повышения жесткости самой обмотки. Это можно сделать путем увеличения в ней доли металла, поскольку механические характеристики металлов, по крайней мере, на порядок превосходят механические характеристики других материалов, входящих в состав обмоток. На рисунке 3 представлены результаты расчета относительного окружного Е///Ем и радиального Е±!Ем «модулей Юнга» обмотки от коэффициента заполнения обмотки металлом X для двух величин отношений Ем/Еи = 10 и 20, где Ем и Ей - модули упругости, соответственно, металла и изоляции.

Рисунок. 3. Зависимость относительных окружного Ец и радиального Е± «модуля Юнга» обмотки от коэффициента заполнения обмотки металлом X

Практически при изготовлении крупных СМ удалось добиться повышения коэффициента заполнения их обмоток металлом до 0.65-0.85. Это сделано за счет: (1) уве-

личения размеров токонесущего элемента («размерный эффект»), (2) применения проводников прямоугольной формы и (3) уменьшения толщины изоляции, прокладок и других компонентов.

Увеличение абсолютного значения рабочего тока при использовании проводников большего сечения («размерный эффект»), а также снижение толщины изоляции и межслойных прокладок для сверхпроводников диаметром от 0.33 до 2.0 мм приводит к росту коэффициента заполнения обмотки металлом с X = 0.56 до X = 0.76. Если при этом использовать проводник прямоугольного сечения и отказаться от межслойных прокладок, то коэффициент возрастает до 1 = 0.84. Жесткость обмотки в радиальном направлении возрастает при этом приблизительно в два раза (см. рисунок 3). В модели свободного витка предельное значение реального механического напряжения в обмотке, помещенной во внешнее магнитное поле, то есть без «самобандажирования», достигло 235 МПа, что почти в два раза выше, чем в случае использования традиционной технологии, обеспечивающей X ~ 0.6.

По этой технологии изготовлен соленоид с внутренним диаметром 520 мм, в котором достигнуто поле 5.8 Тл. Параметры этого соленоида № 2 представлены в таблице 1, его внешний вид показан на рисунке 4.

Рисунок 4. Внешняя секция соленоида «внешнего поля» с установленными на нем датчиками деформации

Измерены окружная (рисунок 5), а также осевая деформация (рисунок 6) непосредственно витка в наружном слое этого соленоида при вводе тока,

Отметим, что от ввода к вводу абсолютная величина деформации на внутренних слоях обмотки увеличивается, а на наружных уменьшается. Это говорит о том, что механические свойства обмотки несколько изменяются от ввода к вводу.

Рисунок 5. Результаты измерения окружной деформации витка обмотки на наружном слое соленоида. Цифры обозначают порядковый номер ввода тока

соленоида

Таким образом, уменьшения тренировки и деградации механического происхождения можно добиться путем предварительного механического нагружения охлажденного сверхпроводникового соленоида. Величина и время действия усилий должны превышать аналогичные параметры в сверхпроводниковом соленоиде при предельном значении тока. Всем этим условиям удовлетворяет импульсный ввод тока в обмотку СМ при температуре жидкого азота.

Способ проверен на «импульсном» соленоиде, который после такой обработки показал значение тока короткого образца [Al, А15]. Параметры этого соленоида представлены в таблице 1 (соленоид №1). Конструктивная плотность тока при максимальном значении поля на обмотке 5.7 Тл составила в нем 2.64х108 А/м2, а запасенная энергия 0.58 МДж. Максимальное механическое напряжение от пондеромоторной нагрузки в модели свободного витка достигло 460 МПа.

Наличие однозначной количественной связи характерных токов тренировки с механическими напряжениями в тонких обмотках позволяет в случае одинаковой жесткости обмоток даже при использовании относительно простой расчетной схемы, например, сплошной изотропной среды, количественно предсказывать характерные токи тренировки крупных сверхпроводниковых магнитов по результатам испытаний магнитов меньшего размера. Моделирование должно быть наиболее точным в случае геометрически подобных магнитов [А2]. В таких магнитах отношение характерных токов тренировки равно обратному отношению их линейных размеров.

Изгототовлен и испытан соленоид №3 с внутренним 0280 мм, геометрически подобный соленоиду №2 с внутренним 0520 мм. Его параметры приведены в таблице 1, взятой из публикации [А15]. Результаты испытания соленоидов 0280 мм и 0520 мм представлены на рисунке 7. Видно, что тренировка обоих соленоидов началась при практически одинаковой величине максимального механического напряжения, рассчитанного по изотропной модели. Значения токов первого перехода отличаются приблизительно в два раза (2150 А и 1100 А). О предельном значении токов судить по этим результатам трудно, поскольку необходимые рабочие параметры соленоидов были достигнуты до полного окончания тренировки. Заметим, что максимальные токи, полученные при этом, также отличаются приблизительно в два раза (3330 А и 1620 А). Предельный ток для меньшего соленоида получен лишь после понижения температуры испытаний до 3.0 К, поскольку при 4.2 К в нем отсутствовала деградация. Оба соленоида «запомнили» тренировку после отогрева до комнатной температуры.

Уровень механических напряжений, достигнутый в обоих соленоидах, был одинаков. В модели свободного витка он составил 350 МПа. Средние плотности тока в обмотках были обратно пропорциональны их величинам их внутренних диаметров. Они отличалась также приблизительно в два раза, соответственно, 4.7х108 А/м2 и 2.3х108 А/м2.

¡ООО

то

МО

. о_______

г ь в а * . ¡в ~Т 'а а ь 5

Рисунок 7. Тренировка двух геометрически подобных соленоидов 0280 мм и 0520 мм Таблица 1. Параметры «импульсного» (1) и двух геометрически подобных соленоидов (2, 3)

Параметр Номер соленоида

№1 №2 №3

Внутренний радиус, Г[ (мм) 270 260 140

Наружный радиус, Г2 (мм) 295 295 155

а = г2/ Г1 1.093 1.135 1.105

Длина обмотки, 2Ь (мм) 200 520 280

В = Ъ/ п 0.37 1.0 1.0

Сверхпроводник, (ниобий-титан, мм х мм) 2.0 х 3.5 2.0 х 3.5 2.0 х 3.5

Количество витков 512 1914 432

Толщина каркаса (мм) 20 10 5

Ток перехода, (А) мин. / макс. 1810/2318 1100/ 1620 2450/3334

Параметр]Вгь (МПа) мин. / макс. 278 /460 162/351 167/350

Механические напряжения в модели изотропной обмотки, (МПа) мин. / макс. 84/138 71/153 78 / 147

Средний уровень напряжений в обмотке соленоида в изотропной модели, (МПа) 111 113 112

1,А I ШИ)

j_i_i_

Расчеты механических напряжений в изотропной модели обмотки, результаты которых приведены в таблице 1, показали, что уменьшить механические напряжения в обмотке можно, уменьшив ее относительную толщину [А15]. В тонких обмотках усилия на соседних слоях гораздо эффективнее усредняются. Видно, что чем меньше а = Г2/Г1, тем окружные напряжения резче спадают за счет радиального сжатия, увеличивая разницу в расчетах по моделям свободного витка и сплошной обмотки.

Таким образом, разработан способ [АЗ, Al 5] устранения деградации сверхпроводниковых магнитов путем повышения жесткости их обмоток за счет увеличения относительного количества металла в обмотке до 0.65 — 0.85. Он свидетельствует, что при хорошем «самобандажировании» возможно изготовление магнитов с предсказуемыми параметрами и величиной механических напряжений до 235 МПа в модели изотропной сплошной обмотки и 460 МПа в модели свободного витка.

Разработан и экспериментально проверен способ уменьшения тренировки и деградации механического происхождения путем предварительной электродинамической обработки сверхпроводникового соленоида. Этот способ основан на возможности импульсного механического нагружения обмотки до рабочих параметров после ее намотки. Максимальное механическое напряжение от пондеромоторной нагрузки в модели свободного витка после обработки достигло 460 МПа.

В четвертой главе приводятся примеры реализации способов и методик уменьшения тренировки и устранения деградации механического происхождения при изготовлении конкретных низкотемпературных СМ из сверхпроводника на основе ниобий-титана.

Разработана и изготовлена низкотемпературная сверхпроводниковая обмотка возбуждения линейного электродвигателя [А19]. Создание линейных электродвигателей со сверхпроводниковыми обмотками возбуждения (СПОВ) является одной из наиболее перспективных областей применения сверхпроводниковых магнитных систем на транспорте. Характерная особенность сверхпроводниковых обмоток возбуждения (СПОВ) заключается в том, что они имеют форму беговой дорожки «рейстрек». Сверхпроводниковая обмотка показана на рисунке 8. Изготовление таких обмоток сопряжено с решением целого ряда трудных задач, связанных с необходимостью обеспечения достаточной жесткости обмотки. Действительно, на прямолинейных участках обмотки плотно уложить витки только посредством натяга невозможно, а деформация изгиба на этих участках под действием пондеромоторных сил может быть весьма значительной. В связи с этим при разработке магнита была реализована развитая выше идея уплотнения и внутреннего бандажирования обмотки после укладки витков. Это достигалось за счет перемещения элементов каркаса с помощью дополнительных приспособлений.

После укладки провода и установки бандажирующих элементов 10 (см. рисунок 8) была произведена растяжка обмотки 1 путем перемещения распорных пластин 3 с помощью упоров 7. При этом каждая из пластин каркаса сместилась на 4.2 мм.

Рисунок 8. Сверхпроводниковая обмотка возбуждения линейного электродвигателя

Максимальное усилие, развиваемое каждым из 12-ти упоров 7, достигало 5x10 Н. Затем было осуществлено обжатие обмотки бандажом 8 за счет затяжки нажимных винтов 9. При этом обмотка была обжата еще на 16.3 мм. Таким образом, после растяжения и обжатия прямолинейных участков обмотки их толщина превышала толщину кольцевых участков менее чем на 1 мм. Относительное количество металла в обмотке по всему периметру превысило 0.8.

На момент создания (1987г.) по значению достигнутой магнитодвижущей силы (МДС) эта СПОВ превосходила все известные в мире обмотки аналогичного назначения. Изготовленная обмотка использовалась для проведения стендовых испытаний прототипа сверхпроводникового двигателя.

С учетом ранее разработанных методов были созданы СМ для магнитной системы опытно-промышленного сепаратора «Криоджин» [А17], испытания которых продемонстрировали их эффективность. Система представляет собой блок из двадцати последовательно соединенных СМ, снабженных защитными сопротивлениями и сверхпроводниковым ключом. Общий вид СМ опытно-промышленного сепаратора показан на рисунке 9.

Все соленоиды сепаратора достигли без тренировки критического тока короткого образца. Механические напряжения в магнитах в модели свободного витка составляли 260 МПа, а в модели изотропной обмотки 130 МПа. Тренировка наблюдалась после сборки при

поэтажном испытании блоков, состоящих из пяти соленоидов, и происходила за счет смещений соленоидов и выборки зазоров.

Рисунок 9. Магнитная система опытно-промышленного сепаратора «Криоджин» после сборки на каркасе

После поэтажных испытаний все четыре блока соленоидов были смонтированы на стальном каркасе и установлены в гелиевый контейнер криостата. Испытания показали, что после окончательной сборки ток перехода составил сначала 1330 А, а затем 1490 А, что объясняется тренировкой уже за счет взаимных перемещений этажей целиком, типичных для подобного рода сборных сверхпроводниковых систем. Сепаратор был установлен на опытном производстве. Сверхпроводниковая система работала от собственного гелиевого ожижителя ХГУ в составе сепаратора карусельного типа. На ней проведены испытания и отработаны новые способы разделения слабомагнитной железной руды Криворожского бассейна.

Разработан, изготовлен и успешно испытан сверхпроводниковый магнит для магнито-резонансного (МР) томографа всего тела. В сфере 500 мм получено магнитное поле 1 Тл с однородностью лучше, чем 10 В качестве проводника при его изготовлении был использован ниобий-титановый токонесущий элемент 0 0.7 мм впаянный в медно-алюминиевую матрицу размером 2.0 х 3.5 мм2 [А23]. Механические напряжения в проводнике при этом уменьшались

на порядок. Подобные сверхпроводники с матрицей из алюминия, нашли широкое применение после работ по измерению в них скорости распространения нормальной зоны [А22].

При создании магнита МР-томографа был опробован метод масштабирования [А2], позволяющий оценивать предельные токи крупных СМ по результатам испытаний геометрически подобных магнитов меньшего размера, на основе достигнутых в них величин механических напряжений. С использованием модельного магнита диаметром около 300 мм успешно предсказана нижняя граница предельного тока полномасштабного магнита МР-томографа диаметром 1200 мм. Предельный ток перехода модельного магнита достиг предельного тока короткого образца и составил 780 А в поле 1.15 Тл. Следовательно, полномасштабный магнит томографа в соответствии с моделью подобия не должен перейти в нормальное состояние как минимум до достижения тока 200 А или уровня механических напряжений 20 МПа. Во время штатных испытаний в магнит полномасштабного томографа без перевода в нормальное состояние вводился ток 258 А, что соответствовало полю в рабочей зоне 0500 мм 1 Тл. Магнит томографа во время подготовки к предварительным испытаниям показан на рисунке 10.

Рисунок 10. Монтаж магнита МР-томографа в испытательный криостат

Магнит затем был переведен в нормальное состояние в рабочем криостате уже в горизонтальном положении, чтобы проверить его сохранность после возможного перехода по

причине недостатка гелия. Переход произошел, когда жидкий гелий практически испарился, и обмотка соленоида почти целиком находилась в газообразном гелии. Жидкость покрывала лишь нижнюю часть магнита на высоту толщины его обмотки. Переход, который продолжался около 10 с, не вызвал никаких повреждений обмотки, благодаря применению специальной системы защиты. Магнит МР-томографа со столом пациента [А28] во время гелиевых испытаний представлен на рисунке 11.

Рисунок 11. Магнит МР-томографа со столом пациента во время гелиевых испытаний

Опыт использования МР-томографов выявил большое значение криогенной схемы криостата для минимизации эксплуатационных потерь гелия. Значительную экономию расхода гелия, как оказалось, может дать применение криокулеров.

Цель исследования состояла в определении эффективности использования конкретного криокулера для охлаждения СМ и экранов криостатов [А31]. Проведены расчеты снижения скорости испарения жидкого гелия при использовании криокулера для охлаждения экранов криостата вместо жидкого азота. Установлено, что использование криокулера снижает потери жидкого гелия в 4 - 6 раз.

Экспериментально показано, что соленоид из сверхпроводника на основе №з8п, помещенный в криостат, снабженный криокулером (рисунок 12) может нести сверхпроводящий ток, а ВТСП соленоид в теплообменном газе - ток 30 А при температуре 22 К [А31]. Таким образом, производительности небольшого криокулера достаточно для компенсации теплопритоков к соленоиду, расположенному в вакууме или теплообменном газе.

Рисунок 12. Криостат с криокулером во время испытаний

Работы [А14, А17, А19, А21, А23] свидетельствуют о возможности изготовления крупных СМ с предсказуемыми параметрами для практически значимых целей. Разработаны, изготовлены и испытаны крупные СМ для транспорта, горно-обогатительной отрасли и медицины. Результаты их испытаний показали, что заданные рабочие параметры надёжно обеспечиваются даже при высоком уровне механических напряжений.

В пятой главе приводятся результаты исследования на устойчивость к электромагнитным и тепловым возмущениям проводника типа «кабель в оболочке» для токамака SST-1 [А29]. Основные параметры сверхпроводящих Nb-Ti стрендов и самого проводника приведены в таблице 2. Их поперечное сечение показано на рисунке 13.

Изготовлен и испытан модельный соленоид, состоящий из 8-ми двойных галет. На нем на длине проводника в 1 м воспроизводились возмущения, могущие возникнуть при срыве и колебаниях тока плазмы [АЗО]. Дополнительные соленоиды, расположенные снаружи и внутри модельного соленоида, создавали продольное и поперечное импульсные магнитные поля. Они нагружались от конденсаторной батареи, по отдельности и одновременно, минимальным напряжением, необходимым для перевода модельного соленоида из сверхпроводящего в нормальное состояние. Схема взаимного расположения соленоидов показана на рисунке 14. Переход модельного соленоида произошел только в одном случае, когда ток в последовательно соединенных импульсных соленоидах достиг 940А при расходе гелия 0.85 г/с. При увеличении расхода гелия до 1.2 г/с модельный соленоид выдерживал такие импульсы без перехода.

[

Рисунок 13. Поперечное сечение стренда (слева) и «кабеля а оболочке» (справа)

Таблица 2. Основные параметры №>-№ стрендов и проводника БЗТ-!

Параметр Ед. измерения Величина

Диаметр стрендов мм 0.86

Критический ток (5Тл, 4.2К) А 272

п-параметр 45

Гистерезисные потери(ЗТл/с, 4.2К) мДж/мм3 36.5

Рабочий ток проводника кА 10

Критический ток (5Тл, 4.2К) кА 35

Кол-во стрендов шт. 135 (3x3x3x5)

Шаг скрутки мм 40-70-130-150

Коэфф. заполнения % 56

Материал оболочки 88304Ь

Наружные размеры мм х мм 14.8 х 14.8

Толщина оболочки мм 1.5

По контролируемому нагреву оценена устойчивость модельного соленоида к тепловому импульсу длительностью 0.5 с. Величина энергии, которая необходима для перевода центральных галет в нормальное состояние при токе 6 кА, составила 0.7 - 0.8 МДж/м3 (при расчетном значении не менее 0.5 МДж/м3). Скорость распространения нормальной зоны в кабеле при переходе модельного соленоида в нормальное состояние по росту напряжения составила 1.3-2.0 м/с. Давление гелия выросло до 2 МПа (при допустимом росте до 4,5 МПа).

ф765

ф731

Рисунок 14. Схема расположения модельного и импульсных соленоидов

При максимальной скорости ввода тока 5 кА/с (2 Тл/с) и расходе гелия 0.8-0.9 г/с переход в нормальное состояние произошел при токе 6 кА. Результаты измерения температуры и давления показаны на рисунке 15 из публикации [А29]. Рост давления и температуры продолжался около 5 с.

Всестороннее исследование проводника «кабель в оболочке» на модельном соленоиде показало, что его устойчивость достаточна для всех расчетных режимов тепловых и электромагнитных возмущений.

Были проведены дополнительные измерения механических потерь в проводнике «кабель в оболочке» при его деформации поперечной силой. Пондеромоторные силы вызывают движение стрендов внутри оболочки и пластическую деформацию скрутки стрендов. Механические потери обусловлены трением стрендов между собой, трением между скруткой стрендов и стенками оболочки, а также пластической деформацией скрутки. Показано, что механические потери характеризуются гистерезисом, подобно потерям на перемагничивание, и при первом нагружении проводника могут составлять до 30% от общих потерь. Механические потери в проводнике «кабель в оболочке» уменьшались в 5 раз после циклирования поперечной нагрузкой при температуре жидкого азота. Однако после отогрева до комнатной температуры, проводник почти полностью «забывал» механическую тренировку.

Время (с)

Рисунок 15. Временные зависимости транспортного тока, температуры на входе и выходе проводника и давления в нём при испытании модельного соленоида при высокой скорости ввода тока

Шестая глава посвящена исследованиям механических свойств конструкционных материалов и сверхпроводниковых обмоток при низких температурах. Эта тема требует тщательного рассмотрения, поскольку большинство материалов при низких температурах становятся очень хрупкими и непригодными для конструкций, работающих в жидком гелии.

Проведенный обзор работ по исследованию скачкообразного характера пластической деформации металлов и сплавов в области низких температур показал, что эта особенность до сих пор не получила однозначного объяснения.

Механические испытания нержавеющей стали 316 1ЛЧ-Ю, проведенные в рамках программы по созданию термоядерного реактора ИТЭР, включали в себя измерение деформации, температуры и намагниченности материала в зависимости от внешней нагрузки при гелиевых температурах [А36]. Использование высокочувствительных датчиков позволило

получить дополнительную информацию о природе низкотемпературной скачкообразной деформации в этом материале.

Испытания образцов с использованием экстензометра с базой 10 мм показали, что скачкообразная деформация сильно локализована [А5]. Об этом же свидетельствует внешний вид образцов после испытаний в жидком гелии (рисунок 16), на которых отчетливо видны полосы скольжения, по которым идет пластическая деформация. Как правило, скачки деформации сопровождаются ростом температуры образца за счет выделения тепла в полосах скольжения. Для выяснения динамических особенностей скачкообразной деформации были проведены испытания с высокой частотой опроса экстензометра [А6]. Начальная линейная стадия деформации длилась около 200 мкс, а полная стабилизация деформации происходила за 25 мс. Когда полоса скольжения (сдвиг) возникала между ножек экстензометра, его показания возрастали на 2.0 % (от базовой длиныЮ мм). Если полоса скольжения целиком находилась вне экстензометра, он либо не реагировал на скачки, либо в отдельных случаях показывал сжатие до 0.7%.

Рисунок 16. Фото образцов из нержавеющей стали 316LN-1G после растяжения в жидком

гелии

Согласно рентгеновским данным, с началом пластической деформации начинается превращение исходной у фазы в магнитную а фазу, так что наблюдаемые при этом температурные эффекты естественно связать с мартенситным превращением [АЗЗ]. Эта стадия деформации была прослежена в деталях при испытаниях в газообразном гелии с чуствительным термометром (рисунок 17 из публикации [А36], см. временной интервал от 120 с до 250 с). Интенсивность теплосъёма в этом случае примерно в 200 раз меньше, чем при испытаниях в жидком гелии, что привело к усилению температурных эффектов почти в 150 раз.

о (МПа>

£ (%)

е(%) Т(К)

Рисунок 17. Фрагмент диаграммы растяжения и временные зависимости нагрузки, деформации и температуры при испытании сегмента трубы из нержавеющей стали в газообразном гелии. Шаг 0.02 мс, скорость деформации 610^ с"1

В области скачкообразной пластической деформации при относительной деформации е>1.2%, каждое скачкообразное удлинение образца сопровождается большим тепловыделением, регистрируемым датчиком температуры как температурный всплеск, тем более сильный, чем ближе к датчику прошла полоса сдвига (рисунок 18). Длительность таких всплесков составляет примерно 2.5 секунды, а их амплитуда в отдельных случаях превышает 40 К. Кроме скачков деформации, приводящих к геометрическому удлинению образца за счёт сдвигов, на кривой е наблюдаются небольшие скачки на сжатие, указывающие на наличие областей, в которых образец испытывает локальное сжатие [А6]. В отличие от сдвиговых скачков, они не сопровождаются тепловыделением, но также совпадают со спадами нагрузки о (рисунок 18), то есть также возникают при разгрузке образца.

Скачкам на сжатие всегда предшествует небольшой временной промежуток, где образец испытывает упругое растяжение [А8]. Иногда они следуют непосредственно за сдвиговыми скачками. Всё это даёт основание предположить, что скачки на сжатие вызваны упругой релаксацией участков пограничных со сдвигами, которые произошли за пределами области измерений (рисунок 18, вверху). Другими словами, скачки на сжатие свидетельствуют о том, что при пластическом сдвиге соседние с плоскостями сдвига области разгружаются и сжимаются. При этом разгрузка происходит полностью, за время около Ю"4 с.

ф @ @ ®

о 100 200 300 400 500 600 700 800 900 10оо 1100 1200

Время (с)

Рисунок 18. Фрагмент диаграммы растяжения и временные зависимости нагрузки, деформации и температуры при испытании сегмента трубы в жидком гелии

Выполненные в жидком гелии синхронные измерения деформации и намагниченности [А8], показали (рисунок 19), что в области упругой деформации, когда в образце присутствует только у фаза, на поверхности образца возникает нормальная составляющая магнитного поля, которая усиливается при растяжении образца и уменьшается при его разгрузке. На границе области упругости при е=0.6% её величина составляет 0.3 мТл. Такое поведение намагниченности свидетельствует об отрицательной продольной магнитострикции у фазы. При переходе от упругой к пластической деформации, когда начинается образование а фазы,

наведённая деформацией нормальная составляющая магнитного поля уменьшается, что естественно объясняется экранировкой магнитного поля магнитной а фазой.

Время (с)

Рисунок 19. Временные зависимости нагрузки, деформации, температуры и наведённого деформацией магнитного поля при испытании сегмента трубы в жидком гелии. Т - температура на поверхности в месте деформации (логарифмическая шкала), внизу - температура вблизи 4 К в увеличенном масштабе (шкала слева - до 1150 с от начала эксперимента, справа - после 1150 с, отмечено светло-серым цветом)

В области пластической деформации, когда содержание а фазы прогрессивно увеличивается, рост нормальной составляющей магнитного поля с деформацией возобновляется. В отличие от упругой области, он имеет нерегулярный характер, главным образом, из-за скачков деформации.

а(МПа)

1200 1000 800 600400 200 -0

0.6 -0.4 -

&

ш 0.2

О

о 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300

Время (с)

Рисунок 20. Временные зависимости нагрузки, деформации, температуры и наведённого деформацией магнитного поля при испытании сегмента трубы со сварным швом в газообразном гелии. Н - перпендикулярная к поверхности компонента магнитного поля в месте деформации, внизу - деформация и магнитное поле в увеличенном масштабе (шкалы слева - для упругой области, шкалы справа - для области разгрузки)

С целью прояснить магнитоупругие свойства а фазы были проведены измерения на образце со сварным швом [А8] (рисунок 20), который, согласно данным рентгеновского фазового анализа, помимо у фазы исходно содержал около 10% а фазы. Верхняя граница области упругости такого шва снижена до 8=0.25% и граница переходной области до е=0.55. В упругой области нормальная составляющая магнитного поля на поверхности шва изменяется пропорционально деформации и достигает значения 0.3 мТл уже при деформации 6=0.25%, что в два с половиной раза меньше, чем в случае однородного образца. В переходной области она не уменьшается, как в случае однородного образца, и продолжает расти с деформацией, достигая 0.65 мТл при 8=0.55%. Это указывает на то, что исходно присутствующая в образце

а фаза имеет магнитоупругие свойства такие же, как у фаза. С началом скачкообразной пластической деформации происходит быстрое падение нормальной составляющей магнитного поля на поверхности шва вследствие экранировки поля вновь образующейся а фазой. Однако, как показала разгрузка и последующая нагрузка образца, и в этих условиях магнитное поле продолжает отслеживать упругую часть деформации, верхняя граница которой сместилась до 0.5% (рисунок 20, внизу). Следующие разгрузки образца, проведенные после его длительной пластической деформации с целью максимизировать содержание а фазы, показали, что нормальная составляющая магнитного поля полностью отслеживает деформацию, в том числе её упругую часть, граница которой выросла почти в семь раз, до 1.5-2% (см. временной диапазон С>900 с на рисунке 20). Другими словами, в а фазе имеет место магнитоупругий эффект, и его характер указывает на отрицательную продольную магнитострикцию, как в у фазе.

Интересным следствием магнитоупругого эффекта в а фазе может быть магнетокалорический эффект [А8], указание на который находим на температурной кривой незадолго до разрыва образца при его испытании в жидком гелии (см. временной диапазон С>1000 с на рисунке 19). Наряду с интенсивными скачками температуры на повышение, сопровождающими сдвиговую деформацию, здесь видны существенно более слабые, но вполне отчетливые скачки температуры на понижение. Пример наблюдения таких скачков с хорошим временным разрешением приведен на рисунке 21. Так же как скачки на повышение, они совпадают со сбросами нагрузки, то есть возникают в момент разгрузки образца. Они обнаруживаются в области сильной пластической деформации, как правило, незадолго до разрыва образца. Для их надёжного наблюдения необходима температура выше температуры жидкого гелия, но не слишком высокая, не выше 10 К.

Эти факты в совокупности с магнитоупругим эффектом позволяют предположить, что скачки на понижение температуры возникают вследствие магнетокалорического эффекта. Локальное понижение температуры в областях, разгруженных в момент сдвига (скачка деформации), естественно объясняется адиабатической переориентацией магнитных моментов, в том числе смещением доменных стенок в а фазе. Эффект будет наблюдаться, если на адиабатическую переориентацию магнитных моментов требуется энергии больше, чем её выделилось при сдвиге. Очевидно также, что ему будет способствовать затруднённый теплообмен с внешней средой, например, за счёт уменьшения интенсивности теплосъёма при замене жидкого гелия газообразным. Кроме скачков температуры на понижение, магнетокалорический эффект также объясняет ранее наблюдавшиеся случаи отсутствия локального разогрева при скачках деформации.

О 40 80 120 160

Время (с)

Рисунок 21. Временные зависимости нагрузки и температуры непосредственно перед разрывом сегмента трубы со сварным швом в газообразном гелии при температуре около 7 К. Пунктирная линия проведена для наглядности

В следующих разделах главы 6 представлены результаты измерения механических свойств различных сверхпроводниковых конструкционных материалов при температурах жидкого азота и жидкого гелия, а также при комнатной температуре.

Проведены механические испытания образцов сверхпроводника и обмоток на основе сплава ниобий-титан. Выполнена серия экспериментов по исследованию особенностей деформации обмоток при температурах жидких азота и гелия [А11]. Образцами при испытании на растяжение служили овальные обмотки, намотанные на разрезанный каркас круглым проводом. Эксперименты проводились с одновременным вводом тока в обмотку. Наблюдались особенности взаимодействия обмотки с каркасом при действии пондеромоторной силы. Так, увеличение силы растяжения составного каркаса приводило к увеличению предельного тока, достигнутого в обмотке. Наличие скачков во время нагружения обмоток при азотной температуре свидетельствует о том, что их природа, по-видимому, та же, что и скачков в жидком гелии.

Испытания овальных обмоток проводились не только при растягивающей, но и при сжимающей внешней нагрузке. Под воздействием сжимающих нагрузок испытывались компаундированные бескаркасные обмотки при Т = 4.2, 78, и 300 К (рисунок 22а). Усилие

прикладывалось вдоль большой оси овала. Деформация компаундированной обмотки проводилась со скоростью 0.5 мм/мин и носит скачкообразный характер, по крайней мере, начиная с температуры жидкого азота и ниже, то есть скачки начинаются при температурах, значительно более высоких, чем, например, у коротких образцов сверхпроводящих проводов.

Механические испытания обмоток в жидком гелии [А11] проводились с одновременным вводом рабочего тока (рисунок 226). Обмотка предварительно была сжата силой 1.5 кН, потом в обмотку был введен ток 155 А, что несколько ниже тока начала тренировки бескаркасных овалов в собственном магнитном поле. Ввод тока разгрузил обмотку. Затем обмотка продолжала плавно сжиматься. При силе сжатия 0.9 кН произошел скачок нагрузки, за которым последовал переход обмотки в нормальное состояние. Величина скачка в этом случае соответствовала совершению механической работы около Зх10~3 Дж. Получено прямое доказательство того, что в определенных условиях величина тепловыделений при скачках деформации достаточна для перевода обмотки магнита в нормальное состояние. Таким образом показано, что скачки деформации обмоток и могут явиться причиной тренировки и деградации.

Датчик деформации ЭП-1 на основе эванома, размещенный на внутренней поверхности овальной обмотки, показания которого слабо зависят от величины магнитного поля, показал, что величина деформации растяжения достигла величины 0.4% при вводе тока 155 А.

Рисунок 22. Кривые деформации при сжатии компаундированной овальной обмотки (а) без тока и (б) с током 150 А

0,1

При сжатии овалов можно было наблюдать однозначную связь тренировки с процессом механической деформации обмотки. Так, например, после предварительного сжатия обмотки вдоль большой оси ее тренировка начиналась с больших значений тока, чем без сжатия.

Если бескаркасной компаундированной обмотке после тренировки и округления вернуть ее первоначальную форму, то ее тренировка повторялась снова.

Характер скачкообразной деформации обмоток аналогичен скачкообразной деформации, наблюдающейся у большинства материалов при низких температурах, хотя в обмотках скачки начинаются при значениях механических напряжений существенно более низких, чем, например, у образцов сверхпроводников. Обмотку можно рассматривать как своеобразный композитный материал, свойства которого сильно зависят от свойств его компонентов.

В следующем разделе главы 6 представлены результаты механических испытаний сверхпроводников в матрице из алюминия при температуре жидкого азота.

Объем производства алюминия на порядок превышает объем производства меди. Его цена гораздо ниже, поэтому использование его в качестве стабилизатора в сверхпроводниках весьма выгодно. Однако низкие механические свойства чистого алюминия при комнатной температуре резко ограничивают возможности его использования. Попытка применить алюмо-медный стабилизатор для производства токонесущего элемента томографа и других крупных СМ потребовала оценки величин деформаций в таких обмотках. Чтобы прогнозировать поведение этих проводников под нагрузкой, проведены измерения механических свойств стабилизированных алюминием сверхпроводников, в частности, использованных при изготовлении магнита МР-томографа.

Механические испытания показали, что сверхпроводники с алюмо-медной матрицей можно использовать для изготовления обмоток магнитов с уровнем механических напряжений, не превышающих 80 МПа. Повысить упругие свойства этого проводника можно путем его предварительной вытяжки. Показано, что предварительная 1%-ная деформация проводника при комнатной температуре гарантирует его упругую работу до величин деформаций в обмотке около 0.3%.

На основании проведенных механических испытаний и испытаний модельных соленоидов был сделан вывод о том, что проводник с алюмо-медной матрицей, изготовленный по технологии пайки, по своим механическим свойствам может использоваться при изготовлении обмоток томографов с уровнем нагрузок до 50 МПа, что подтвердили испытания модельной обмотки во внешнем поле. Для тонких соленоидов за счет эффекта «самобандажирования», величина реальных механических напряжений уменьшается, что может приводить к сохранению их работоспособности до уровня механических напряжений 80 МПа, рассчитанных в модели свободного витка.

Заключение

1. На модельных сверхпроводниковых магнитах (СМ) изучены основные факторы, определяющие плохо прогнозируемое поведение критических параметров (предельных токов) крупных магнитов при их переходе из сверхпроводящего в нормальное состояние. Установлено, что эти факторы имеют в основном механическое происхождение. Показано, что предельно достижимые ток и величина магнитного поля в крупных СМ определяются не столько критическими параметрами сверхпроводника, из которого изготовлен магнит, сколько величиной механических деформаций, сопровождающих работу магнита. Разработаны эффективные методы подавления неустойчивостей механического происхождения в обмотках крупных сверхпроводниковых магнитов, в том числе, для установок термоядерного синтеза 85Т-1,ИТЭР.

2. Предложен способ оценки жесткости обмоток СМ и обосновано введение коэффициента заполнения обмотки металлом как важнейшей характеристики, которую необходимо учитывать при конструировании крупных магнитов, работающих в экстремальных условиях низких температур и высоких механических напряжений. На этой основе разработана технология, позволившая создать СМ с внутренним диаметром от 320 и 540 мм и уровнем механических напряжений до 460 МПа (рассчитанным в модели свободного витка). С использованием данной технологии были изготовлены десятки крупных магнитов, показавшие без тренировки расчетные значения предельных токов при механических напряжениях выше 260 МПа. Изготовленные СМ были установлены на впервые созданные в России прототипы установок для медицины, транспорта и горно-обогатительной промышленности.

3. Разработанные методы и технологии учтены при создании проводника типа «кабель в оболочке» с коэффициентом заполнения кабеля металлом по сечению выше 0.65. Этот проводник частично изготовлен и продолжает изготавливаться для обмотки тороидального СМ ИТЭР. Его характеристики позволяют снизить тепловые потери при воздействии поперечной механической нагрузки до уровня, гарантирующего устойчивую работу проводника на рабочих характеристиках токамака.

4. С целью экспериментального исследования устойчивости проводника к электромагнитным и механическим возмущениям, возникающим при колебаниях плазменного шнура и срыве тока плазмы в токамаке, изготовлен модельный магнит из проводника типа «кабель в оболочке» для токамака БЭТ-Ь Изучены механические потери при действии поперечной нагрузки. Установлено, что они могут достигать 30% от общих потерь.

5. Разработан новый метод внутреннего бандажирования обмоток СМ сложной формы, позволяющий перенести пондеромоторную нагрузку на несущие конструкции установки, - прообраз используемого при изготовлении тороидальных обмоток СМ для ИТЭР. На магните формы «рейстрек» с высоким уровнем изгибающих механических напряжений

продемонстрирована его эффективность. Изготовленный по этому методу магнит показал при испытаниях величину магнитодвижущей силы 7.8х108 А, что превысило существующие на тот момент мировые аналоги.

6. Предложен метод масштабирования, позволяющий предсказывать поведение предельных параметров крупных СМ по результатам испытаний геометрически подобных магнитов меньшего размера на основе достигнутых в них величин механических деформаций. На модельном магните с внутренним диаметром 280 мм предсказаны границы токов устойчивой работы СМ диаметром 520 мм, предназначенного для технологических испытаний сверхпроводников и одновременно являющегося внешней секцией высоко полевого магнита. На модельном магните с внутренним диаметром 280 мм предсказаны границы токов устойчивой работы СМ диаметром 520 мм, предназначенного для технологических испытаний сверхпроводников и одновременно являющегося внешней секцией высоко полевого магнита. С использованием модельного магнита диаметром около 300 мм успешно предсказана нижняя граница предельного тока полномасштабного магнита диаметром 1200 мм, впоследствии изготовленного и установленного в МР-томографе.

7. Выполнены исследования магнитоупругих свойств нержавеющей стали 316LN-IG, используемой для изготовления оболочек проводников магнитной системы ИТЭР и других ядерных энергетических установок. Обнаружен ранее неизвестный магнитоупругий эффект при её деформации при низких температурах. Наблюдались необычные локальные понижения температуры в процессе деформации. Предложено их объяснение на основе магнетокалорического эффекта.

8. Разработки и рекомендации настоящей работы относительно выбора предельных параметров крупных СМ в зависимости от уровня механических деформаций, вызванных пондеромоторными нагрузками, могут быть использованы при создании первого демонстрационного термоядерного реактора с ненулевым КПД (ДЕМО), первого термоядерного источника нейтронов (ТИН) и других установок термоядерного синтеза.

Список работ, опубликованных автором по теме диссертации

AI. Кривых, A.B. Устранение тренировки и деградации сверхпроводящих магнитов электродинамической обработкой / A.B. Кривых, О.П. Анашкин, В.Е. Кейлин // Доклады академии наук. — 1985. — Т. 284. — №5. — С. 1124.

А2. Кривых, A.B. Связь относительных размеров сверхпроводящих соленоидов с их критическими характеристиками / A.B. Кривых, О.П. Анашкин, В.Е. Кейлин // Известия АН СССР, сер. «Энергетика и транспорт». — 1988. — №1. — С. 147.

A3. Кривых, A.B. Влияние жесткости сверхпроводящих обмоток на их тренировку и деградацию / A.B. Кривых, О.П. Анашкин, В.Е. Кейлин, М.Н. Кондратьев // Известия АН СССР, сер. «Энергетика и транспорт». — 1987. — № 4. — С. 159.

A4. Кривых, A.B. Связь относительных размеров сверхпроводящих соленоидов с их критическими характеристиками / A.B. Кривых, В.Е. Кейлин, О.П. Анашкин // Известия АН СССР, сер. «Энергетика и транспорт». — 1988. — №1. — С. 147.

А5. Кривых, A.B. Механические испытания труб-оболочек проводника для тороидальной обмотки ИТЭР / A.B. Кривых, О.П. Анашкин, В.Е. Кейлин, Д.Н., Диев, A.C. Динисилов, В.И Щербаков, В.И. Тронза: Препринт РНЦ «Курчатовский Институт» — 2011. — ИАЭ-6674/10.

— Юс.

А6. Кривых, A.B. Механические испытания труб-оболочек проводника для тороидальной обмотки Международного экспериментального термоядерного реактора (ИТЭР) / A.B. Кривых, О.П. Анашкин, Д.Н Диев, A.C. Динисилов, В.Е. Кейлин, A.B. Поляков, В.И Щербаков, В.И. Тронза // ЖТФ. — 2012. — Т. 82. — №11. — С. 99.

А7. Кривых, A.B. Некоторые особенности разогрева образцов из нержавеющей стали 316LN во время механических испытаний в жидком гелии / A.B. Кривых, О.П. Анашкин, Д.Н Диев, В.Е. Кейлин, A.B. Поляков, В.И Щербаков // Труды международной научно-технической конференции «Нанотехнологии функциональных материалов»: Санкт-Петербург, 2012. — С. 235.

А8. Кривых, A.B. Магнитоупругий эффект при низкотемпературной деформации нержавеющей стали 316LN-IG / A.B. Кривых, A.B. Иродова, В.Е. Кейлин // ЖТФ. — 2015. — Т. 85.— №1.— С. 73.

А9. Кривых, A.B. Особенности деформирования и разрушения нержавеющих сталей типа 316LN и ЭП302 при низких температурах / A.B. Кривых, С.А. Кунавин, A.B. Поляков, В.Н. Скоробогатых, В.И Щербаков // Тезисы докладов Всероссийской конференции «Материалы ядерной техники» (МАЯТ-2014),— Звенигород, — Москва: ОАО ВНИИНМ.— С. 70. А10. Krivykh, A.V. Experimental Investigation of Training and Degradation in Superconducting Magnet Systems / O.P. Anashkin, V.A. Varlakhin, V.E. Keilin, A.V. Krivykh, V.V. Lykov // IEEE.

— 1977 — Vol.Mag-13. — no. 1. — P. 673.

All. Krivykh, A.V. Observation of Serrated Deformation of Superconducting Magnets Windings /

0.P. Anashkin, V.A. Varlakhin, V.E. Keilin, A.V. Krivykh // Cryogenics. — 1979. — Vol.19. — no.

1, —P.31.

A12. Кривых, A.B. Изучение тренировки и деградации механического происхождения на модельных сверхпроводящих магнитах / О.П. Анашкин, В.А. Варлахин, В.Е. Кейлин, A.B. Кривых. — Москва, 1981.— Препринт ИАЭ-3371.— 23с.

А13. Krivykh, A.V. Effect of Axial Component of The Lorentz Force on Training and Degradation of Superconducting Coils / O.P. Anashkin, A.L. Glytenko, V.E. Keilin, A.V. Krivykh // Cryogenics. — 1982. — Vol.22. — no. 2. — P. 94.

A14. Кривых, A.B. Опыт создания нестационарно-стабилизированных сверхпроводящих магнитов с энергией до 2МДж / О.П. Анашкин, В.Е. Кейлин, A.B. Кривых, М.И. Сурин, С.А. Шевченко, В.Х. Шлейфман // Труды второй Всероссийской конференции по техническому использованию сверхпроводимости. — Москва: Атомиздат. — 1983. — T.2. — С. 246. А15. Krivykh, A.V. Method to Increase Quench Currents of Superconducting Magnets / O.P. Anashkin, V.E. Keilin, A.V. Krivykh // Cryogenics. — 1996. — Vol.36. — no. 2. — P.107. A16. Кривых, A.B. Метод электродинамической обработки сверхпроводящих магнитов / О.П. Анашкин, В.Е. Кейлин, A.B. Кривых, Е.С. Миронов — МПФ Госзнака. — 1984. — A.C. №1124775.

А17. Krivykh, A.V. Supercoducting Volume-Gradient Magnetic Separator / O.P. Anashkin, P.A. Cheremnykh, N.A. Chernoplekov, V.K. Fedorov, V.E. Keilin, A.V. Krivykh, V.M. Lepekhin, L.A. Lomovtsev // XVI Intern. Mineral Proc. Congress. — 1988. — P.345.

A. 18. Кривых, A.B. Магнитный сепаратор / О.П. Анашкин, В.Е. Кейлин, A.B. Кривых, В.М. Лепехин, В.А. Кравец, JI.A. Ломовцев —МПФ Госзнака.— 1986.— А. С. №1233938 А19. Кривых, A.B. Сверхпроводящая обмотка возбуждения линейного электродвигателя / О.П. Анашкин, В.Е. Кейлин, Г.С. Иванов, H.H. Иноземцев, A.B. Кривых // Известия АН СССР, сер. «Энергетика и транспорт». — 1987. — № 1. — С. 160.

А20. Krivykh, A.V. Two 0.5 MJ Coils SMES System Development and Test Results / V.P. Agalakov, O.P. Anashkin, N.N. Britousov, A.V. Dudarev, V.E. Keilin, A.V. Krivykh, A.S. Kulikov, V.V. Lysenko, S.M. Miklyaev, S.A. Shevchenko, M.I. Surin // Proc. Of Sympos. On Use of Supercond. In Energy Storage. — 1994. — P.141.

A21. Krivykh, A.V. Development and Test Results of Two 0.5 MJ Coil SMES System / V.E. Keilin, V.P. Agalakov, O.P. Anashkin, N.N. Britousov, A.V. Dudarev, A.V. Krivykh, A.S. Kulikov, V.V. Lysenko, S.M. Miklyaev, S.A. Shevchenko, M.I. Surin // IEEE. — 1996. — Vol. Mag.-32. — no. 4. — P. 2312.

A22. Krivykh, A.V. Composite Superconductors With Cooper-Aluminum Stabilizing Matrix / V.E. Keilin, O.P. Anashkin, A.V. Krivykh, I.V. Kiriya, I.A. Kovalev, P.I. Dolgosheev, A.V. Rychagov, V.E. Sytnikov // Advances in Cryogenics Engineering. —1992. — Vol. 38B. — P. 699. A.23. Кривых, A.B. Разработка и исследование сверхпроводящего провода для магнитной системы магнитного томографа всего тела / О.П. Анашкин, О.П. Ипатов, В.Е. Кейлин, И.В. Кирия, A.B. Кривых, A.B. Рычагов, В.Е. Сытников //Электрофизика.— 1991.— № 3.— С. 16.

А24. Кривых, A.B. Линия горячей металлизации длинномерных изделий. / Ю.П. Ипатов, A.B. Рычагов, В.Е. Сытников, Г.Г. Свалов, В.Е. Кейлин, A.B. Кривых, В.И. Новиков, В.П. Ребеченков — МПФ Госзнака. — 1989,— A.C. № 1568620.

А25. Krivykh, A.V. Superconducting Magnet Protection System / O.P. Anashkin, V.E. Keilin, I.V. Kiriya, A.V. Krivykh, V.V. Lysenko, V.R. Portugalsky // Advances in Cryogenics Engineering. — 1992. — Vol. 38A. — P. 339.

A26. Кривых, A.B. Система защиты сверхпроводящей обмотки магнитной системы. / О.П. Анашкин, В.Е. Кейлин, И.В. Кирия, A.B. Кривых, В.В. Лысенко, В. Р. Португальский — МПФ Госзнака. — 1989. — A.C. № 1612825.

А27. Krivykh, A.V. Superconducting Magnet Protection System. / O.P. Anashkin, V.E. Keilin, I.V. Kiriya, A.V. Krivykh, V.V. Lysenko, V.R. Portugalsky — 1992. — Euro-Patent № 91910691.4. A28. Кривых, A.B. Стол пациента ЯМР-томографа. / А.Н. Акимов, М.А. Альтшуллер, A.B. Кривых, В.К. Сухоцкая — МПФ Госзнака. — 1993. — Патент SU №1809756. А29. Krivykh, A.V. Cable-in-Conduit Conductor for Superconducting Magnets of SST-1 Tokamak / S. Pradhan, Y.C. Saxena, S. Das, O.P. Anashkin, D.P. Ivanov, V.E. Keilin, N.F. Kopeikin, I.A. Kovalev, S.L. Kruglov, A.V. Krivykh, V.V. Lysenko, S.I. Novikov, V.M. Patrikeev, V.l. Scherbakov, V.l. Shugaev, V.V. Stepanov, K. Kamata, F. Hosono // FURUKU Report 99-06(07). — 1999. — P. 482.

A30. Krivykh, A.V. Result of Model Coil Tests for the Cabel-in-Conduit Conductor for SST-1 Tokamak / O.P. Anashkin, D.P. Ivanov, V.E. Keilin, N.F. Kopeikin, I.A. Kovalev, S.L. Kruglov, A.V. Krivykh, V.V. Lysenko, S.I. Novikov, V.M. Patrikeev, S. Pradhan, Y.C. Saxena, V.l. Scherbakov, V.l. Shugaev, V.V. Stepanov // IEEE Transaction on Applied Superconductivity. — 2002. — Vol. 4. — P. 567.

A31. Krivykh, A.V. Cryogen-Free HTS Coil in a Heat-exchange gas / O.P. Anashkin, V.E. Keilin, I.A. Kovalev, A.V. Krivykh, I.A. Akimov, A.K. Shikov // Cryogenics. — 2002. — Vol.42. — no. 5. — P. 295.

A32. Krivykh, A.V. Mechanical Testing of the Tia Rods for ATLAS Barrel Toroid. / O.P. Anashkin, A.V. Dudarev, V.E. Keilin, A.V. Krivykh, V.V. Lysenko, V.l. Shcherbakov, H.H. Ten Kate, C. Mayri,

C. Verdrint, Y. Zaitsev // Cryogenics. — 2005. — Vol.45. — no. 2. — P. 469.

A33. Krivykh, A.V. Tensile Tests of ITER TF Conductors Jacket Materials. / O.P. Anashkin, V.E. Keilin, A.V. Krivykh, D.N. Diev, A.S. Dinisilov, V.l. Shcherbakov, V.l. Tronza // Advances in Cryogenics Engineering. — 2012. — V. 58. — P. 117.

A34. Krivykh, A.V. Aluminium Stabilized Superconducting Cables / V.E. Sytnikov, A.V. Rychagov, Y.P. Ipatov, A.M. Jetymov, P.I. Dolgosheev, B.V. Maryanchik, V.E. Keilin, A.V. Krivykh // Advances in Cryogenics Engineering. — 2014. — V. 38B. — P. 703.

A35. Krivykh, A.V. Delamination tests of 2G HTS tapes at room and liquid nitrogen temperatures /

D.N. Diev, O.P. Anashkin, V.E. Keilin, A.V. Krivykh, A.V. Polyakov, V.l. Shcherbakov // Advances in Cryogenics Engineering. — 2014. — V. 60, — P. 245.

A36. Krivykh, A.V. Magnetoelastic Effect for 316LN-IG Stainless Steel at Low Temperatures. / A.V. Krivykh, A.V. Irodova, V.E. Keilin // CEC 25ЯСМС 2014. 2014 July 7-11. — Track: M-10. — Enschede, Netherlands.

Подписано в печать 20.01.2015. Формат 60x90/16 Печать цифровая. Усл. печ. л. 2,5 Тираж 70. Заказ 6

Отпечатано в НИЦ «Курчатовский институт» 123182, Москва, пл. Академика Курчатова, д. 1