Влияние технологических и эксплуатационных факторов на характеристики сверхпроводящих токонесущих элементов для катушек тороидального поля магнитной системы ИТЭР

В 2007 г. началось строительство международного экспериментального термоядерного реактора ИТЭР во Франции. Главной задачей этого проекта являются демонстрация возможности использования термоядерной энергетики для промышленного производства электричества, создание теоретической и практической базы знаний для строительства будущих реакторов. Впервые для такой крупной магнитной системы используются сверхпроводящие токонесущие элементы (проводники) типа «кабель в оболочке». На расчётно-инженерной стадии реализации проекта ИТЭР было проведено множество исследований и разработок. Задачей исследований являлась оптимизация конструкции проводников. На промышленной стадии изготовления проводников был выявлен ряд проблем, не учтенных на расчётной стадии. Обнаружено, что проводникам свойственна деградация критических свойств при циклических электромагнитных нагрузках. Российские проводники во время испытаний не деградируют. Одной из возможных причин подобной стабильности может служить большая устойчивость российских Nb₃Sn-проводов к механическим нагрузкам. В этой связи представляют интерес исследование степени повреждения сверхпроводящих волокон в российских проводах после испытаний и сравнение полученных результатов с исследованиями, проводимыми на проводниках других изготовителей. Другим важным параметром проводников является тепловая стабильность, за которую отвечает относительное остаточное сопротивление (RRR). На проектной стадии была определена нижняя граница RRR в 100 единиц, однако не было ясно, как изменяется RRR после циклической электромагнитной и тепловой нагрузки. Такие данные представляют большой практический интерес, поскольку позволяют установить, при каком минимальном значении RRR в исходном проводе этот параметр останется на приемлемом уровне после изготовления проводника и его испытаний. Важными параметрами проводников являются электрические потери, которые находятся в прямой зависимости от величины шага скрутки кабеля. Шаг скрутки строго контролируется при изготовлении кабеля, но при его затягивании в оболочку для формирования проводника под действием затягивающего усилия кабель раскручивается, что приводит к его увеличению. Для расчёта дополнительных потерь, вызванных увеличенным шагом скрутки, необходимо описать математически процесс изменения шага скрутки при затягивании кабеля в оболочку, а также разработать методы, препятствующие увеличению шага скрутки.