Регистрация / Вход
Прислать материал

Исследование и разработка инновационной энергосберегающей криомагнитной системы на основе высокотемпературного сверхпроводника MgB2

Номер контракта: 14.575.21.0050

Руководитель: Руднев Игорь Анатольевич

Должность: Профессор

Организация: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ"
Организация докладчика: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ"

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
магнит, сверхпроводники, сверхпроводимость, диборид магния

Цель проекта:
Реализуемый проект направлен на решение проблемы создания эффективных энергосберегающих устройств различного назначения с применением нового сверхпроводящего материала MgB2. Основная цель проекта состоит в разработке инновационной энергосберегающей криомагнитной системы на основе нового высокотемпературного сверхпроводника MgB2 и экспериментальном исследовании функциональных характеристик высокотемпературных сверхпроводящих проводов, в том числе на основе MgB2. Задачи, решаемые в ходе выполнения проекта: разработка принципиальной схемы криомагнитной системы на основе литературных данных и патентных исследований; теоретические и экспериментальные исследования функциональных характеристик высокотемпературных сверхпроводящих проводов в том числе на основе MgB2 ; разработка модели и проектирование сверхпроводящего магнита на основе MgB2 ; разработка, проектирование и изготовление различных узлов криомагнитной системы; изготовление сверхпроводящего соленоида на основе диборида магния; изготовление, испытания и оптимизация криомагнитной системы. Разрабатываемая криомагнитная система с применением сверхпроводника MgB2 предназначена использования в качестве исследовательского оборудования различного назначения и не имеет аналогов в РФ.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Экспериментальные и теоретические результаты, характеризующие функциональные свойства различных высокотемпературных сверхпроводников, в том числе на основе диборида магния. Будут получены уникальные экспериментальные данные по сверхпроводящим, транспортным, структурным и механическим характеристикам контрольных образцов высокотемпературных сверхпроводящих материалов и проводов на их основе, в том числе на основе MgB2
2. Будет разработан, изготовлен и протестирован действующий макет мультисекционного сверхпроводящего соленоида на основе диборида магния.
3. Будет разработан, сконструирован и изготовлен действующий макет безжидкостной криомагнитной системы с применением новых сверхпроводящих технологий. Будет продемонстирована возможность получения магнитных молей до 5 Тл в шахте магнита диаметром 40 мм.
4. Будут получены и зарегистрированы не менее двух результатов интеллектуальной деятельности.
5. Будут осуществлены публикации в ведущих научных журналах (не менее шести за период действия проекта) и представление результатов работ на международных и национальных конференциях.
Ожидаемые результаты проекта соответствуют аналогичными разработками мирового уровня

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Конечный продукт, создаваемый с использованием результатов, планируемых при выполнении проекта - безжидкосная криомагнитная система, построенная с применением новых сверхпроводящих технологий на основе высокотемпературных сверхпроводников, в том числе диборида магния. Данный продукт будет иметь ряд существенных преимуществ по сравнению с имеющимися решениями, а именно, дешевизна применяемого сверхпроводящего материала, отсутствие дорогостоящего жидкого гелия, использование более компактных и простых систем охлаждения сверхпроводящего магнита. Для создания и разработки криомагнитной системы необходимо решение всего комплекса исследовательских и конструкторских задач, заявленных в проекте.
Большинство решений, касающихся обработки экспериментальных результатов, разработки компьютерных кодов, конструкторских решений по изготовлению сверхпроводящего магнита и криомагнитной системы в целом являются новыми и будут запатентованы.
Сопоставление с результатами аналогичных работ, определяющих мировой уровень (на основе анализа докладов и экспозиций тематических международных конференций) показывает, что разрабатываемая криомагнитная система соответствует мировому уровню.
Пути и способы достижения заявленных результатов заключаются в анализе возможных направлений прикладных исследований, проведении теоретических исследований, экспериментальных исследований, разработке и тестированию макета криомагнитной системы, обобщению и оценке результатов исследований.
Ограничения и риски работы в настоящее время отсутствуют.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Области применения результатов - сверхпроводниковая электроэнергетика, электротехника, медицина, научное приборостроение. Практическое внедрение результатов и перспективы их использования относятся к созданию индукционных накопителей энергии, моторов-генераторов, магнито-резонансных томографов, сверхпроводящих магнитов для научных исследований, индукционным печам.
Ожидаемые социально-экономические эффекты от использования товаров и услуг, созданных на основе полученных результатов, заключаются в снижении материало- и энергоёмкости производства, уменьшении отрицательного техногенного воздействия на окружающую среду, повышении качества жизни.
Полученные результаты развивают международное сотрудничество в области создания сверхпроводящих устройств а также имеют хорошую перспективу для представления на различных мероприятиях по демонстрации и популяризации достижений науки.


Текущие результаты проекта:
В 2015 году выполнены работы по второму и третьему этапам работы: «Теоретические исследования поставленных перед ПНИ задач» и «Экспериментальные исследования поставленных перед ПНИ задач».
На втором этапе работы (первое полугодие 2015 г) проведены теоретические исследования процессов протекания тока, процессов намагничивания, подавления критического тока, исследования факторов, влияющих на функциональные характеристики проводов. Выполнены расчеты и моделирование магнитных и транспортных свойств высокотемпературных сверхпроводящих материалов и проводов на их основе, в том числе на основе MgB2. Проведено моделирование природы и процессов взаимодействия вихревой системы Абрикосова с искусственными центрами пиннинга, моделирование ВАХ ВТСП, влияния механических напряжений на характеристики материалов. Сформированы требования к сериям контрольных образцов ВТСП проводов и требования к условиям и режимам экспериментальных исследований функциональных характеристик ВТСП, в том числе на основе MgB2. Выполнены расчеты токовводов для сверхпроводящей магнитной системы на основе MgB2. Проведена разработка методов получения низкоомных контактов соединений сверхпроводящих проводов, в том числе на основе MgB2.
На третьем этапе работы (второе полугодие 2015 г) проведены экспериментальные исследования сверхпроводящих, транспортных, структурных и механических характеристик контрольных образцов высокотемпературных сверхпроводящих материалов и проводов на их основе, в том числе на основе MgB2; проведены исследование и выбор оптимальных режимов и характеристик токовводов СП магнитной системы на основе MgB2; разработан комплект эскизной конструкторской документации для СП магнита на основе MgB2; разработан комплект эскизной конструкторской документации стенда для тестирования и проверки технических характеристик СП на основе MgB2 ; изготовлен стенд для тестирования и проверки технических характеристик сверхпроводящего магнита на основе MgB2; проведена обработка и интерпретация результатов экспериментальных исследований , выполнено сопоставление результатов теоретических и экспериментальных исследований.
Опубликовано 3 статьи в журналах, входящих в базу SCOPUS (превышение требований ТЗ), зарегистрирован один РИД (соответствует требованиям ТЗ), результаты представлены на четырех мероприятиях по демонстрации и популяризации результатов (превышает требования ТЗ).
Все полученные результаты соответствуют мировому уровню.