В Научно-исследовательском институте электрофизической аппаратуры имени Д.В. Ефремова (АО «НИИЭФА», Санкт-Петербург, предприятие госкорпорации «Росатом») впервые в России изготовлен и успешно испытан полноразмерный сверхпроводниковый провод для электромагнитной системы (ЭМС) токамака с реакторными технологиями (ТРТ, институт является главным конструктором проекта). Этот этап стал ключевым шагом на пути к завершению разработки и переходу к активной фазе строительства установки.
Базовым компонентом для создания ЭМС является провод на базе высокотемпературного сверхпроводника (ВТСП), и именно его успешные полномасштабные испытания стали центральным событием текущего этапа работ.
«Силами отделения криогенной техники и прикладной сверхпроводимости НТЦ “Синтез” АО “НИИЭФА” был изготовлен полноразмерный отрезок провода длиной 5 метров, который состоит из 240 ВТСП-лент, помещённых в медную стабилизирующую матрицу. Внутри матрицы проходит канал для прокачки хладагента температурой 5 - 20 К, снаружи конструкция защищена прочным кожухом из высокопрочной нержавеющей стали. Фактически это короткая версия провода, который будет использоваться в установке — нести ток до 65кА в магнитном поле ~18 Тл. Такие рекордные параметры еще никогда не достигались ранее. Из 5-метрового отрезка провода был изготовлен виток, при этом были применены оборудование и технологические решения, максимально приближенные к тем, что будут использованы при изготовлении реальной обмотки», – рассказал начальник научно-исследовательского отдела сверхпроводниковых систем НТЦ «Синтез» АО «НИИЭФА» Андрей Медников.
Полученный образец был испытан при температуре жидкого азота. Установлено, что после охлаждения до температуры около –196 °C провод переходил в сверхпроводящее состояние. В образец заводился рабочий ток, предельная (критическая) величина которого была рассчитана по исходным характеристикам ВТСП-лент. Состояние провода контролировалось с помощью диагностических линий, а все параметры фиксировались на специальном измерительном стенде.
ВТСП, на базе которого был изготовлен провод, способен нести ток в очень сильном магнитном поле.
«Для сравнения: низкотемпературный сверхпроводник для Международного термоядерного экспериментального реактора (ИТЭР) изготавливался из проволок на основе ниобий-титана (NbTi) и ниобий-олова (Nb3Sn), работающих при температуре около 4,5 К, магнитном поле до 8 и до 13 Тл соответственно, токе до 48 и до 68 кА соответственно, и имеющих размеры около 54х54 мм. Провода, разработанные для ТРТ, будут изготовлены из лент на основе оксида иттрия – бария меди (YBCO), работающих при температуре 5-20 К, магнитном поле до 20 Тл, токе до 80 кА, и имеющих размеры около 26х26 мм. Таким образом, провода ТРТ будут изготовлены из принципиально других материалов и будут превосходить провода ИТЭР по большинству характеристик», – объяснил Андрей Медников.
Было обосновано, что ряд важных для проекта исследований можно проводить при температурах уже около -196 °C (для сравнения, рабочая температура в ТРТ предвидится на уровне -250-270 °C). Ожидается, что это значительно удешевит и упростит испытания, а также позволит испытать большее количество образцов за меньшее время, что благоприятно скажется на сроках разработки токамака.
В 2026 году планируется изготовление и испытание ещё двух проводов длиной уже более 60 метров каждый (всего в ТРТ, как ожидается, будет использовано несколько десятков километров провода и более 30 катушек различного размера). А в 2027 году из этих проводов будет изготовлена полномасштабная макетная катушка центрального соленоида диаметром около одного метра, состоящая из 40 витков, уложенных в два слоя. У АО «НИИЭФА» есть все компетенции, чтобы организовать их изготовление.
