Сверхпроводники для коллайдера будущего

ТВЭЛ договорился с ЦЕРН о поставке квалификационной партии сверхпроводников для Кольцевого коллайдера будущего (Future Circular Collider, FCC), технологию изготовления создает ВНИИНМ. Если европейские ядерщики останутся довольны, у российской компании есть все шансы стать полноценным участником мегапроекта века. «СР» разбиралась в тонкостях задачи.

Текст: Ольга Ганжур / Фото: «Страна Росатом»

ТВЭЛ и Европейская организация по ядерным исследованиям (ЦЕРН) в сентябре заключили соглашение, по которому на Чепецком механическом заводе к концу следующего года изготовят несколько конструкций сверхпроводящего ниобий-оловянного стренда и отправят в ЦЕРН для выбора оптимального варианта и квалификации ТВЭЛ как поставщика.

«Сверхпроводимость — это направление, которым мы занимаемся уже порядка 10 лет. Мы поставляли продукцию для строящегося термоядерного реактора ИТЭР. Качество заказчик оценил как высочайшее, — комментирует вице-президент ТВЭЛ по развитию бизнесов общепромышленной деятельности Андрей Андрианов. — Опыт сотрудничества с ЦЕРН тоже есть: мы делали сверхпроводники для модернизации Большого адронного коллайдера. Новое соглашение тоже подразумевает поставку, но этому предшествует ряд условий. Потребуется предварительная квалификация продукта, апробирование, после чего можно перейти к разговору о контрактации. Производственная площадка — ЧМЗ, который действует в тесной связке с ВНИИНМ».

Пока речь идет о ниобий-оловянных сверхпроводящих стрендах для электромагнитной системы — одного из ключевых элементов FCC, который в конце 2030-х годов должен прийти на смену Большому адронному коллайдеру. Но в ТВЭЛ готовы изготовить и ниобий-титановые провода для магнитной системы нового ускорителя.

КОНТЕКСТ
Производство низкотемпературных сверхпроводников было создано на ЧМЗ в рамках участия России в проекте ИТЭР. В 2009–2014 годы завод выпустил около 200 т, или 61 тыс. км сверхпроводящих стрендов.

«Низкотемпературные сверхпроводящие стренды мы разрабатываем, а ЧМЗ изготавливает давно. Но то, что нужно сделать для FCC, — совершенно новый продукт, — поясняет заместитель гендиректора ВНИИНМ, директор научно-исследовательского отделения технологии и материаловедения сверхпроводящих и функциональных материалов Ильдар Абдюханов. — Токонесущая способность стрендов должна быть в три раза выше по сравнению со способностью провода для ИТЭР. Они должны сохранять сверхпроводящее состояние в более сильных магнитных полях. При этом от технологии изготовления требуется обеспечить приемлемую для заказчика стоимость продукта».

Прокатка труб — полуфабрикатов для стрендов в экспериментальном цехе ВНИИНМ

Прокатка труб — полуфабрикатов для стрендов в экспериментальном цехе ВНИИНМ

Перед специалистами ВНИИНМ и ЧМЗ стоит задача не просто усовершенствовать комплекс свойств материалов, оптимизируя отдельные технологические процессы, а, используя метод внутреннего источника питания, разработать новый тип сверхпроводящих стрендов, в котором соотношения конструктивных элементов дадут нужные электрофизические характеристики. Дело двигается, есть результаты.

«В нашем экспериментальном цеху идет прокатка труб — полуфабрикатов для сверхпроводящих проводов, — рассказывает старший научный сотрудник отделения технологии и материаловедения сверхпроводящих и функциональных материалов ВНИИНМ Анастасия Цаплева. — Мы создали уникальную конструкцию с внутренним многоугольным сечением трубы. Разработаны все сплавы для производства сверхпроводников, определены легирующие элементы, их концентрация, технологии плавки. Сплавы новые, много вопросов по обработке. Они решаются здесь, во ВНИИНМ. На ЧМЗ параллельно идет промышленное освоение, там постоянно находятся наши сотрудники».

КСТАТИ
ЦЕРН объявил о планах строительства FCC в 2014 году. Это будет самый большой ускоритель частиц в мире — 100 км в окружности. Коллайдер станет «фабрикой событий», в которых рождается бозон Хиггса. Интегральная светимость (основная характеристика ускорителей, число соударений частиц с мишенью или пучком встречных частиц) у FCC на порядок выше, чем у БАКа, энергия в столкновениях протонных пучков — в семь раз больше. За 25 лет работы ученые получат 1010 рождений бозона Хиггса — в 100 раз больше, чем на БАКе.

Для FCC потребуется не менее 6 тыс. т ниобий-оловянных сверхпроводящих стрендов. Ни одной стране в одиночку такую партию не собрать. Разработка технологии производства ведется и в Европе, а также в США, Южной Корее, Японии, Китае. России важно справиться в числе первых. «Мы хотим получить часть заказа, — говорит Максим Алексеев, начальник лаборатории технологии сверхпроводников на основе интерметаллических и оксидных соединений ВНИИНМ. — Требования к сверхпроводникам для FCC — на пике возможностей этих материалов. Есть перспективы применения в термоядерных установках, спектроскопах высокого разрешения для исследования материи. Важно именно сейчас войти в элитный клуб поставщиков сверхпроводников для меганаучных проектов».

Далее