RU2138088C1

RU2138088C1 - Superconducting part manufacturing process

Info

Publication number: RU2138088C1
Application number: RU98105524A
Authority: RU
Inventors: В.Н. Колосов
Priority date: 1998-03-17
Filing date: 1998-03-17
Publication date: 1999-09-20

Abstract

FIELD: electrical engineering; superconducting magnetic systems for stationary magnetic field generation. SUBSTANCE: helical spiral based on composition of superconductor and normally conducting metal is formed, spiral turns are insulated from each other and then secured; superconductor and normally conducting metal are made in the form of layers whose width generally equals width of spiral turn metal; they are arranged one on top of other. Normally conducting layer is made first and covered with superconducting layer. The latter is given anisotropic properties relative to pinning force whose maximum is orthogonal to turn surface; spiral turns are insulated by forming oxide insulating film on them. Used as superconducting layer is niobium or composition of niobium stannite and A-15 structure; material of normally conducting layer is stainless steel as well as one or more metals chosen from group containing copper, molybdenum, tungsten, tantalum, chromium, rhenium, and niobium. EFFECT: improved dynamic resistance to magnetic flux jumps thereby improving operating stability of part; reduced hysteresis loss; reduced input of superconductor material; facilitated manufacture. 17 cl, 17 ex

Description

Изобретение относится к области криогенной техники и может быть использовано при изготовлении сверхпроводящих магнитных систем для генерации стационарных магнитных полей, в том числе токамаков, индуктивных накопителей энергии, ускорителей заряженных частиц, электрогенераторов со сверхпроводящими обмотками возбуждения, МГД-генераторов, ЯМР-томографов и других изделий. The invention relates to the field of cryogenic technology and can be used in the manufacture of superconducting magnetic systems for generating stationary magnetic fields, including tokamaks, inductive energy stores, charged particle accelerators, electric generators with superconducting field windings, MHD generators, NMR tomographs and other products .

В сверхпроводящих обмотках промышленных магнитных систем под действием пондеромоторных сил возникают высокие механические напряжения. За счет осевой компоненты магнитного поля на витки обмотки действуют большие растягивающие усилия, а за счет радиальной компоненты - аксиальные сжимающие усилия, которые могут достигать сотен и тысяч килограммов на виток, в связи с чем сверхпроводящее изделие должно иметь повышенную механическую прочность, особенно его токоведущие части и межвитковая изоляция. При этом, наиболее слабым звеном является изоляция. Это связано с тем, что обычно используемые изоляционные материалы обладают меньшей механической прочностью по сравнению со сверхпроводниками и металлами с нормальной проводимостью, большим температурным коэффициентом расширения-сжатия, менее устойчивы к воздействию низких температур. С другой стороны, с учетом высокой стоимости сверхпроводящих материалов большое значение имеет снижение их расхода, что диктует необходимость более полного использования токонесущей способности сверхпроводника в разных полях. Кроме того, для крупномасштабных магнитов становится существенной проблема динамической устойчивости к скачкам магнитного потока и снижения гистерезисных потерь в переходных режимах, а также вывода энергии из сверхпроводящей обмотки при переходе ее в нормальное состояние. Для этого требуется снижать индуктивность обмотки и увеличивать рабочий ток, используя рабочие элементы все более крупного сечения, что лимитируется имеющимися техническими средствами. Сверхпроводящие материалы с высокими критическими характеристиками типа интерметаллидов с кристаллической структурой А-15, халькогенидов и высокотемпературных керамических оксидов являются хрупкими материалами, что затрудняет изготовление на их основе обмоточных проводов. Во многих случаях эти трудности практически непреодолимы. In the superconducting windings of industrial magnetic systems under the action of ponderomotive forces, high mechanical stresses arise. Due to the axial component of the magnetic field, large tensile forces act on the turns of the winding, and due to the radial component, axial compressive forces can reach hundreds and thousands of kilograms per revolution, and therefore the superconducting product must have increased mechanical strength, especially its current-carrying parts and interturn isolation. At the same time, isolation is the weakest link. This is due to the fact that commonly used insulating materials have lower mechanical strength compared to superconductors and metals with normal conductivity, a large temperature coefficient of expansion and compression, and are less resistant to low temperatures. On the other hand, given the high cost of superconducting materials, a reduction in their consumption is of great importance, which necessitates a more complete use of the current-carrying ability of the superconductor in different fields. In addition, for large-scale magnets, the problem of dynamic stability to magnetic flux jumps and the reduction of hysteresis losses in transient conditions, as well as the removal of energy from a superconducting winding during its transition to a normal state, becomes a significant problem. For this, it is necessary to reduce the inductance of the winding and increase the operating current, using working elements of an ever larger cross section, which is limited by available technical means. Superconducting materials with high critical characteristics such as intermetallic compounds with A-15 crystal structure, chalcogenides and high-temperature ceramic oxides are fragile materials, which makes it difficult to manufacture winding wires based on them. In many cases, these difficulties are almost insurmountable.

Известен способ изготовления сверхпроводящего изделия (см. заявку ФРГ N 1 514 707, Н. кл. 21g 1/02; МПК H 01 F, 1969), включающий формирование винтовой спирали в виде сверхпроводника и металла с нормальной проводимостью. Спираль образуют из набора кольцеобразных сверхпроводящих фольг и фольг с нормальной проводимостью, имеющих радиальную прорезь и расположенных одна на другой, причем поверхность сверхпроводящей фольги за исключением участка, прилегающего к радиальной прорези, снабжают изолирующим покрытием. Неизолированный участок, прилегающий к прорези одной фольги, располагают на неизолированном участке, прилегающем к прорези другой соседней фольги, с припаиванием этих участков друг к другу. В таком изделии ток распределяется в точном соответствии с магнитным полем, оптимально заполняя обмотку. A known method of manufacturing a superconducting product (see the application of Germany N 1 514 707, N. CL 21g 1/02; IPC H 01 F, 1969), including the formation of a helical spiral in the form of a superconductor and a metal with normal conductivity. The spiral is formed from a set of ring-shaped superconducting foils and normal conductivity foils having a radial slot and arranged one on top of the other, and the surface of the superconducting foil, with the exception of the portion adjacent to the radial slot, is provided with an insulating coating. A non-insulated portion adjacent to a slot of one foil is placed on a non-insulated portion adjacent to a slot of another adjacent foil, with these sections being soldered to each other. In such a product, the current is distributed in exact accordance with the magnetic field, optimally filling the winding.

Недостатком данного способа является большое количество радиальных спаев сверхпроводника между витками. В связи с этим, изделие не обладает достаточной механической жесткостью и не в состоянии выдерживать растягивающие нагрузки, создаваемые за счет осевой компоненты магнитного поля. Кроме того, большое количество спаев снижает динамическую устойчивость к скачкам магнитного потока и приводит к большим гистерезисным потерям в переходных режимах, а также преждевременному переходу изделия из сверхпроводящего в нормальное состояние. Использование в качестве сверхпроводника такого хрупкого материала как Nb₃Sn не позволяет обеспечить спаи хорошего качества, поэтому изготовление из фольги магнитов больших размеров является очень сложной технической задачей. Дополнительным недостатком способа является то, что при изолировании витков друг от друга не удается прочно закрепить изолирующий слой на сверхпроводнике.The disadvantage of this method is the large number of radial junctions of the superconductor between the turns. In this regard, the product does not have sufficient mechanical rigidity and is not able to withstand tensile loads created due to the axial component of the magnetic field. In addition, a large number of junctions reduces dynamic resistance to magnetic flux jumps and leads to large hysteretic losses in transient conditions, as well as premature transition of the product from the superconducting to the normal state. The use of such a brittle material as Nb ₃ Sn as a superconductor does not make it possible to provide good quality junctions; therefore, manufacturing large size magnets from foil is a very difficult technical task. An additional disadvantage of this method is that when isolating the turns from each other, it is not possible to firmly fix the insulating layer on the superconductor.

Известен также способ изготовления сверхпроводящего изделия (см. Авт. свид. СССР N 1325587, МПК⁴ H 01 F 41/06, 1987), включающий формирование непрерывной винтовой спирали с плоскими витками на основе композиции из сверхпроводника и металла с нормальной проводимостью путем одновременной подачи множества коаксиальных проводов, внутренняя часть которых состоит из сверхпроводника, а наружная часть - из металла с нормальной проводимостью, их навивки в одной плоскости с непрерывным продольным соединением наружных частей между собой, например пайкой, и изолирования витков. Изготовленное таким способом изделие имеет большую по сравнению с фольговыми магнитами жесткость, поскольку как растягивающие усилия витка за счет осевой компоненты магнитного поля, так и изгибающие механические моменты воспринимаются всем плоским витком.There is also known a method of manufacturing a superconducting product (see Aut. St. USSR N 1325587, IPC ⁴ H 01 F 41/06, 1987), comprising the formation of a continuous helical spiral with flat turns based on a composition of a superconductor and a metal with normal conductivity by simultaneously feeding many coaxial wires, the inner part of which consists of a superconductor, and the outer part is of metal with normal conductivity, they are wound in the same plane with a continuous longitudinal connection of the outer parts to each other, for example by soldering, and from olirovka turns. A product made in this way has a greater stiffness than foil magnets, since both the tensile forces of the coil due to the axial component of the magnetic field and the bending mechanical moments are perceived by the entire flat coil.

Недостатком известного способа является высокая индуктивность вследствие множества коаксиальных проводов, составляющих виток спирали, а также большой уровень гистерезисных потерь и невысокая динамическая устойчивость к скачкам магнитного потока из-за наличия спаев между проводами, которые снижают допустимые скорости ввода тока и соответственно увеличивают время запитки. Кроме того, способ характеризуется низкой эффективностью использования сверхпроводящего материала и сложностью изготовления изделия по причине крепления как отдельных прядей сверхпроводника так и изолирующего слоя в плоскости витка. The disadvantage of this method is the high inductance due to the many coaxial wires that make up the spiral coil, as well as a high level of hysteresis losses and low dynamic resistance to magnetic flux jumps due to the presence of junctions between the wires, which reduce the permissible current input speeds and accordingly increase the washing time. In addition, the method is characterized by low efficiency of use of the superconducting material and the complexity of manufacturing the product due to the fastening of both individual strands of the superconductor and the insulating layer in the plane of the coil.

В основу настоящего изобретения положена задача повышения динамической устойчивости сверхпроводящего изделия к скачкам магнитного потока, снижение уровня гистерезисных потерь и повышение эффективности использования сверхпроводящего материала при минимальном его расходе. Кроме того, изобретение решает задачу упрощения процесса изготовления изделия как при формировании винтовой спирали, так и при изолировании ее витков, а также улучшает качество и эффективность изолирующего слоя. The present invention is based on the task of increasing the dynamic stability of a superconducting product to magnetic flux shocks, reducing the level of hysteresis losses and increasing the efficiency of using superconducting material with a minimum consumption. In addition, the invention solves the problem of simplifying the manufacturing process of the product both when forming a helical spiral, and when insulating its coils, and also improves the quality and efficiency of the insulating layer.

Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления сверхпроводящего изделия, включающем формирование винтовой спирали на основе композиции из сверхпроводника и металла с нормальной проводимостью, изолирование витков спирали друг от друга и скрепление витков, согласно изобретению сверхпроводник и металл с нормальной проводимостью выполняют в виде слоев, ширина которых в общем и целом равна ширине витка спирали, и располагают один на другом, причем вначале образуют слой с нормальной проводимостью и наносят на него сверхпроводящий слой, при этом сверхпроводящему слою обеспечивают анизотропию относительно силы пиннинга, максимум которой направляют ортогонально поверхности витка, а изолирование витков спирали производят формированием оксидной диэлектрической пленки на поверхности витков. При этом под силой пиннинга понимают силу F_p, которая вызывает зацепление (пиннинг) вихревых нитей магнитного поля в сверхпроводнике, предотвращая их движение, и тем самым исключает возникновение омического сопротивления и выделение джоулева тепла в сверхпроводящем материале при прохождении по нему электрического тока. Сила пиннинга F_p, действует на вихревую нить в противоположную сторону по отношению к силе Лоренца и связана с критической плотностью тока I_c в сверхпроводнике уравнением I_c • B = F_p, где B - магнитная индукция. Исходя из этого уравнения, анизотропию относительно силы пиннинга характеризуют коэффициентом анизотропии k, равным отношению критических плотностей тока при параллельной и перпендикулярной ориентации плоскости сверхпроводящего слоя относительно вектора магнитной индукции B, а максимум силы пиннинга определяют по максимуму критической плотности тока.The problem is solved in that in a method for manufacturing a superconducting product, comprising forming a helical spiral based on a composition of superconducting and normal conductive metal, isolating the spiral coils from each other and bonding the coils, according to the invention, the superconductor and metal with normal conductivity are made in the form of layers, the width of which is, on the whole, equal to the width of the coil of the spiral, and is placed one on top of the other, and at first they form a layer with normal conductivity and a superconductor is applied to it the backing layer, while the superconducting layer provides anisotropy relative to the pinning force, the maximum of which is directed orthogonally to the surface of the coil, and the isolation of the spiral turns is performed by the formation of an oxide dielectric film on the surface of the turns. In this case, by the force of pinning is understood the force F _p , which causes the vortex filaments of the magnetic field to mesh (pin) in the superconductor, preventing their movement, and thereby exclude the occurrence of ohmic resistance and the generation of Joule heat in the superconducting material when an electric current passes through it. The pinning force F _p acts on the vortex filament in the opposite direction with respect to the Lorentz force and is related to the critical current density I _c in the superconductor by the equation I _c • B = F _p , where B is magnetic induction. Based on this equation, anisotropy relative to the pinning force is characterized by the anisotropy coefficient k equal to the ratio of the critical current densities for parallel and perpendicular orientation of the plane of the superconducting layer relative to the magnetic induction vector B, and the maximum pinning force is determined by the maximum of the critical current density.

Поставленная задача решается также тем, что в композиции в качестве материала сверхпроводящего слоя используют ниобий. The problem is also solved by the fact that niobium is used in the composition as the material of the superconducting layer.

Решению поставленной задачи способствует то, что в композиции в качестве материала сверхпроводящего слоя используют соединение станнида ниобия со структурой А-15, представляющее собой интерметаллид с химической формулой Nb₃Sn.The solution to this problem is facilitated by the fact that in the composition, as the material of the superconducting layer, a compound of niobium stannide with structure A-15 is used, which is an intermetallic compound with the chemical formula Nb ₃ Sn.

Поставленная задача решается и тем, что в композиции в качестве материала слоя с нормальной проводимостью используют нержавеющую сталь. The problem is solved by the fact that stainless steel is used as the material of the layer with normal conductivity in the composition.

Решению поставленной задачи способствует и то, что в композиции в качестве материала слоя с нормальной проводимостью используют один или более металлов, выбранных из группы, содержащей медь, молибден, вольфрам, тантал, хром и рений. The task is also facilitated by the fact that one or more metals selected from the group consisting of copper, molybdenum, tungsten, tantalum, chromium and rhenium are used in the composition as the material of the layer with normal conductivity.

Поставленная задача решается также и тем, что в композиции в качестве материала слоя с нормальной проводимостью используют ниобий. The problem is also solved by the fact that in the composition as a material of a layer with normal conductivity use niobium.

Решению поставленной задачи способствует то, что ниобий наносят электролизом из расплава солей в атмосфере инертного газа, а анизотропию относительно силы пиннинга достигают путем обеспечения общего содержания примесей в сверхпроводящем слое, равного 0,05-0,50 мас.%. The solution of this problem is facilitated by the fact that niobium is applied by electrolysis from molten salts in an inert gas atmosphere, and anisotropy with respect to the pinning force is achieved by providing a total impurity content in the superconducting layer of 0.05-0.50 wt.%.

Поставленная задача решается тем, что соединение станнида ниобия со структурой А-15 наносят электролизом из расплава солей в атмосфере, содержащей инертный газ. The problem is solved in that the compound of stannide niobium with the structure A-15 is applied by electrolysis from molten salts in an atmosphere containing an inert gas.

Решению поставленной задачи способствует и то, что анизотропию относительно силы пиннинга достигают путем легирования наносимого соединения танталом, причем содержание тантала в сверхпроводящем слое составляет 0,3-1,5 мас.%. The task is also facilitated by the fact that anisotropy with respect to the pinning force is achieved by doping the applied compound with tantalum, and the tantalum content in the superconducting layer is 0.3-1.5 wt.%.

Решению поставленной задачи способствует также и то, что анизотропию относительно силы пиннинга достигают путем легирования наносимого соединения цирконием, причем содержание циркония в сверхпроводящем слое составляет 0,1-0,5 мас.%. The task is also facilitated by the fact that anisotropy with respect to the pinning force is achieved by doping the applied compound with zirconium, the zirconium content in the superconducting layer being 0.1-0.5 wt.%.

Поставленная задача решается также и тем, что анизотропию относительно силы пиннинга достигают путем легирования наносимого соединения медью, причем содержание меди в сверхпроводящем слое составляет 3-10 мас.%. The problem is also solved by the fact that anisotropy with respect to the pinning force is achieved by doping the applied compound with copper, and the copper content in the superconducting layer is 3-10 wt.%.

Решению поставленной задачи способствует и то, что анизотропию относительно силы пиннинга достигают путем легирования наносимого соединения углеродом, причем содержание углерода в сверхпроводящем слое составляет 0,06-0,24 мас.%. The task is also facilitated by the fact that anisotropy with respect to the pinning force is achieved by doping the applied compound with carbon, and the carbon content in the superconducting layer is 0.06-0.24 wt.%.

Поставленная задача решается также тем, что анизотропию относительно силы пиннинга достигают путем легирования наносимого соединения азотом, причем содержание азота в сверхпроводящем слое составляет 0,07-0,21 мас.%. The problem is also solved by the fact that anisotropy with respect to the pinning force is achieved by doping the applied compound with nitrogen, and the nitrogen content in the superconducting layer is 0.07-0.21 wt.%.

Решению поставленной задачи способствует то, что соединение станнида ниобия со структурой А-15 содержит фазы Nb₆Sn₅ и/или NbSn₂, при этом соединение наносят бестоковым переносом из расплава солей в атмосфере инертного газа, а анизотропию относительно силы пиннинга достигают за счет фаз Nb₆Sn₅ и/или NbSn₂.The task is facilitated by the fact that the connection of niobium stannide with structure A-15 contains Nb ₆ Sn ₅ and / or NbSn ₂ phases, while the compound is applied by currentless transfer from a molten salt in an inert gas atmosphere, and anisotropy with respect to pinning force is achieved due to phases Nb ₆ Sn ₅ and / or NbSn ₂ .

Решению поставленной задачи способствует и то, что в качестве инертного газа используют аргон, гелий и их смесь. The solution of this problem is also facilitated by the fact that argon, helium and their mixture are used as an inert gas.

Поставленная задача решается и тем, что композицию образуют из нескольких сверхпроводящих слоев и нескольких слоев с нормальной проводимостью. The problem is solved by the fact that the composition is formed of several superconducting layers and several layers with normal conductivity.

Решению поставленной задачи способствует также и то, что в качестве изолирующей оксидной диэлектрической пленки на поверхности витков формируют аморфную пленку Nb₂O₅ толщиной 0,05-5,0 мкм.The solution of the problem also contributes to the fact that as an insulating oxide dielectric film on the surface of the coils form an amorphous Nb ₂ O ₅ film with a thickness of 0.05-5.0 μm.

Выполнение сверхпроводника и металла с нормальной проводимостью в виде слоев, ширина которых в общем и целом равна ширине витка спирали, способствует повышению жесткости витка, необходимой для противостояния большим растягивающим усилиям, создаваемым в витке осевой компонентой магнитного поля, а также снижает индуктивность витка и тем самым способствует уменьшению уровня гистерезисных потерь. При этом линия, образующая поверхность винтовой спирали, может быть прямой с формированием сверхпроводящего изделия в виде геликоида или кривой с постоянными или переменными радиусами кривизны и знаками кривизны, причем пространственная ось винтовой спирали может быть замкнута. Входящие в композицию сверхпроводящий слой и слой с нормальной проводимостью могут состоять из нескольких подслоев. Следует отметить, что при использовании изделия в качестве индуктивного накопителя энергии с запасаемой энергией более нескольких мегаджоулей, именно прочность металла с нормальной проводимостью ограничивает допустимую плотность тока, поскольку она пропорциональна величине напряжения, приемлемого для металла с нормальной проводимостью. Однако прочные материалы обладают большим электрическим сопротивлением. В связи с этим важное практическое значение имеет композиция из сверхпроводника и металла с нормальной проводимостью, в которой последний сочетал бы в себе высокие прочностные характеристики и высокую электропроводность. Такой слой может быть создан на основе двух или более металлов с нормальной проводимостью, имеющих высокую прочность и электропроводность, как например медь и сталь, медь и вольфрам, медь и молибден, вольфрам и рений, хром и вольфрам и т.п. Причем наилучшим слоем с нормальной проводимостью является слой, состоящий из меди и стали, поскольку наряду с высокой электропроводностью для меди характерна высокая пластичность и вязкость до температур, близких к абсолютному нулю, и в области криогенных температур медь не показывает даже признаков хрупкого разрушения. The implementation of a superconductor and a metal with normal conductivity in the form of layers, the width of which in general is equal to the width of the spiral coil, helps to increase the stiffness of the coil necessary to withstand the large tensile forces created in the coil by the axial component of the magnetic field, and also reduces the inductance of the coil and thereby helps reduce hysteresis losses. Moreover, the line forming the surface of the helical spiral can be straight with the formation of a superconducting product in the form of a helicoid or a curve with constant or variable radii of curvature and signs of curvature, and the spatial axis of the helical spiral can be closed. The superconducting layer and the normal conductivity layer included in the composition may consist of several sublayers. It should be noted that when using the product as an inductive energy storage with an energy storage of more than several megajoules, it is the strength of a metal with normal conductivity that limits the permissible current density, since it is proportional to the voltage acceptable for a metal with normal conductivity. However, durable materials have high electrical resistance. In this regard, the composition of a superconductor and a metal with normal conductivity, in which the latter would combine high strength characteristics and high electrical conductivity, is of great practical importance. Such a layer can be created on the basis of two or more metals with normal conductivity, having high strength and electrical conductivity, such as copper and steel, copper and tungsten, copper and molybdenum, tungsten and rhenium, chromium and tungsten, etc. Moreover, the best layer with normal conductivity is a layer consisting of copper and steel, since along with high electrical conductivity, copper is characterized by high ductility and viscosity to temperatures close to absolute zero, and in the cryogenic temperature range, copper does not even show signs of brittle fracture.

Расположение слоев сверхпроводника и металла с нормальной проводимостью один на другом способствует повышению динамической устойчивости изделия к возникновению скачков магнитного потока. The location of the layers of a superconductor and a metal with normal conductivity on top of each other helps to increase the dynamic stability of the product to the occurrence of jumps in the magnetic flux.

Образование вначале слоя с нормальной проводимостью и нанесение на него сверхпроводящего слоя упрощает процесс изготовления изделия, поскольку при формировании композиции слой с нормальной проводимостью может подвергаться различным механическим воздействиям (прокатке, волочению, изгибу и т.д.) и при этом не существует опасности разрушения или повреждения обычно хрупкого слоя сверхпроводника, за счет которого создается магнитное поле в витках изделия. The initial formation of a layer with normal conductivity and the deposition of a superconducting layer on it simplifies the manufacturing process of the product, since during the formation of a composition a layer with normal conductivity can be subjected to various mechanical stresses (rolling, drawing, bending, etc.) and there is no risk of destruction or damage to the usually brittle layer of the superconductor, which creates a magnetic field in the turns of the product.

Обеспечивание сверхпроводящего слоя анизотропией относительно силы пиннинга с максимумом силы в направлении, ортогональном поверхности витка, способствует наиболее эффективному использованию сверхпроводящего материала, поскольку направление магнитного поля, создаваемого изделием, всегда составляет угол, близкий к 90^o, для любого произвольного участка поверхности витка.Providing the superconducting layer with anisotropy relative to the pinning force with the maximum force in the direction orthogonal to the surface of the coil, contributes to the most efficient use of the superconducting material, since the direction of the magnetic field created by the product always makes an angle close to 90 ^o for any arbitrary part of the surface of the coil.

Изолирование витков спирали формированием оксидной диэлектрической пленки на поверхности витков упрощает выполнение изолирующего слоя между витками. Insulating the coils of the spiral by forming an oxide dielectric film on the surface of the coils simplifies the implementation of the insulating layer between the coils.

Применение ниобия в качестве материала сверхпроводящего слоя в композиции способствует динамической устойчивости изделия к скачкам магнитного потока и снижению уровня гистерезисных потерь в стационарных полях низкой напряженности. The use of niobium as the material of the superconducting layer in the composition contributes to the dynamic stability of the product to jumps in magnetic flux and to a decrease in the level of hysteresis losses in stationary fields of low tension.

Выполнение сверхпроводящего слоя композиции из соединения станнида ниобия со структурой А-15 способствует динамической устойчивости изделия к скачкам магнитного потока в стационарных полях высокой напряженности. The implementation of the superconducting layer of the composition of the compound of niobium stannide with the structure A-15 contributes to the dynamic stability of the product to magnetic flux shocks in stationary fields of high tension.

Применение нержавеющей стали в качестве материала слоя с нормальной проводимостью в композиции термически и электрически стабилизирует сверхпроводящий слой, способствует противодействию пондеромоторным силам, возникающим при воздействии магнитного поля, и тем самым повышает динамическую устойчивость изделия к скачкам магнитного потока. При этом используют стали 12Х18Н9Т, 08Х18Н9Т, 12Х18Н10Т, 08Х18Н10Т, 03Х18Н11 или 12Х18Н9, поскольку они имеют малую чувствительность к хрупкому разрушению при низких температурах, высокую прочность и технологичны при обработке. The use of stainless steel as the material of a layer with normal conductivity in the composition thermally and electrically stabilizes the superconducting layer, helps to counteract the ponderomotive forces that occur when exposed to a magnetic field, and thereby increase the dynamic resistance of the product to magnetic flux shocks. In this case, steel 12Kh18N9T, 08Kh18N9T, 12Kh18N10T, 08Kh18N10T, 03Kh18N11 or 12Kh18N9 is used, since they have low sensitivity to brittle fracture at low temperatures, high strength and are technologically advanced during processing.

Применение в качестве материала слоя с нормальной проводимостью композиции одного или более металлов, выбранных из группы, содержащей медь, молибден, вольфрам, тантал, хром и рений, также термически и электрически стабилизирует сверхпроводящий слой и способствует его противодействию пондеромоторным силам, возникающим при воздействии на сверхпроводящий слой магнитного поля и тем самым способствует динамической устойчивости изделия к скачкам магнитного потока. The use as a material of a layer with normal conductivity of a composition of one or more metals selected from the group consisting of copper, molybdenum, tungsten, tantalum, chromium and rhenium also thermally and electrically stabilizes the superconducting layer and contributes to its counteraction to the ponderomotive forces arising from the action on the superconducting the magnetic field layer and thereby contributes to the dynamic stability of the product to magnetic flux jumps.

Выполнение в композиции слоя с нормальной проводимостью из ниобия способствует наилучшему демпфированию сверхпроводящего слоя, поскольку ниобий имеет наиболее близкий коэффициент температурного расширения к материалу сверхпроводящего слоя из станнида ниобия со структурой А-15. Результатом упомянутого выше демпфирования является повышение устойчивости изделия к скачкам магнитного потока. The implementation in the composition of a layer with normal conductivity from niobium contributes to the best damping of the superconducting layer, since niobium has the closest coefficient of thermal expansion to the material of the superconducting layer of niobium stannide with structure A-15. The result of the above damping is to increase the stability of the product to jumps in magnetic flux.

Нанесение сверхпроводящего ниобиевого слоя электролизом из расплава солей в атмосфере инертного газа с общим содержанием примесей 0,05-0,50 мас.% обеспечивает рост столбчатой структуры зерен с выделением примесей на границах, что способствует анизотропии относительно силы пиннинга с ее максимумом в направлении, ортогональном поверхности витка и тем самым способствует повышению эффективности использования сверхпроводящего материала при минимальном его расходе. При содержании примесей менее 0.05 мас.%, ниобий близок по своим свойствам к сверхпроводнику первого рода и не обеспечивает прохождения в изделии высоких критических токов. При содержании примесей более 0.50 мас. % резко снижается критическая температура сверхпроводящего слоя, что приводит к снижению динамической устойчивости изделия к скачкам магнитного потока. The deposition of a superconducting niobium layer by electrolysis from molten salts in an inert gas atmosphere with a total impurity content of 0.05-0.50 wt.% Provides the growth of the columnar structure of grains with the release of impurities at the boundaries, which contributes to anisotropy relative to the pinning force with its maximum in the direction orthogonal the surface of the coil and thereby contributes to increasing the efficiency of using superconducting material with a minimum consumption. When the content of impurities is less than 0.05 wt.%, Niobium is close in its properties to a superconductor of the first kind and does not ensure the passage of high critical currents in the product. When the content of impurities is more than 0.50 wt. % the critical temperature of the superconducting layer sharply decreases, which leads to a decrease in the dynamic stability of the product to magnetic flux jumps.

Нанесение соединения станнида ниобия со структурой А-15 электролизом из расплава солей в атмосфере, содержащей инертный газ, способствует повышению эффективности использования сверхпроводящего материала. The application of the compound of stannide niobium with the structure A-15 by electrolysis from molten salts in an atmosphere containing an inert gas, improves the efficiency of using superconducting material.

Содержание тантала в сверхпроводящем слое в количестве 0,3-1,5 мас.% обеспечивает максимум силы пиннинга в направлении, ортогональном поверхности витка, и тем самым способствует повышению эффективности использования сверхпроводящего материала при минимальном его расходе. При концентрации тантала менее 0,3 мас.% количество его выделений на границах зерен недостаточно для создания эффективных центров пиннинга в сверхпроводнике. Увеличение содержания тантала свыше 1,5 мас.% приводит к значительному уходу от стехиометрии по олову фазы А-15, которое, в свою очередь, приводит к деградации критической температуры и критического тока сверхпроводящего слоя. The content of tantalum in the superconducting layer in an amount of 0.3-1.5 wt.% Provides maximum pinning forces in the direction orthogonal to the surface of the coil, and thereby contributes to an increase in the efficiency of use of the superconducting material at its minimum consumption. When the tantalum concentration is less than 0.3 wt.%, The amount of its precipitation at the grain boundaries is not enough to create effective pinning centers in the superconductor. An increase in tantalum content in excess of 1.5 wt.% Leads to a significant departure from the tin phase stoichiometry of phase A-15, which, in turn, leads to degradation of the critical temperature and critical current of the superconducting layer.

Содержание циркония в сверхпроводящем слое в количестве 0,1-0,5 мас.% обеспечивает максимум силы пиннинга в направлении, ортогональном поверхности витка, и тем самым способствует повышению эффективности использования сверхпроводящего материала при минимальном его расходе. При концентрации циркония менее 0,1 мас. % его воздействие на сверхпроводящие характеристики пренебрежимо мало. Увеличение содержания циркония в сверхпроводящем слое более 0,5 мас. % изменяет анизотропию относительно силы пиннинга и ее максимум имеет место в направлении, параллельном поверхности витка. The content of zirconium in the superconducting layer in an amount of 0.1-0.5 wt.% Provides maximum pinning forces in the direction orthogonal to the surface of the coil, and thereby contributes to an increase in the efficiency of use of the superconducting material at its minimum consumption. When the concentration of zirconium is less than 0.1 wt. % its effect on superconducting characteristics is negligible. The increase in the content of zirconium in the superconducting layer is more than 0.5 wt. % changes the anisotropy with respect to the pinning force and its maximum takes place in a direction parallel to the surface of the coil.

Содержание меди в сверхпроводящем слое в количестве 3-10 мас.% способствует его дополнительной электрической и термической стабилизации вследствие ее высокой электро- и теплопроводности и тем самым способствует повышению динамической устойчивости изделия к скачкам магнитного потока, а также обеспечивает максимум силы пиннинга в направлении, ортогональном поверхности витка, и тем самым способствует повышению эффективности использования сверхпроводящего материала при минимальном его расходе. При содержании меди менее 3 мас.% ее влияние на стабилизацию слоя незначительно. При содержании меди более 10 мас.% происходит деградация сверхпроводящей фазы А-15, входящей в сверхпроводящий слой. The copper content in the superconducting layer in an amount of 3-10 wt.% Contributes to its additional electrical and thermal stabilization due to its high electrical and thermal conductivity and thereby increases the dynamic stability of the product to magnetic flux shocks, and also provides maximum pinning force in the direction orthogonal the surface of the coil, and thereby contributes to increasing the efficiency of using superconducting material with a minimum consumption. When the copper content is less than 3 wt.%, Its effect on the stabilization of the layer is negligible. When the copper content is more than 10 wt.%, The superconducting phase A-15, which enters the superconducting layer, is degraded.

Содержание углерода в сверхпроводящем слое в количестве 0,06-0,24 мас.% обеспечивает максимум силы пиннинга в направлении, ортогональном поверхности витка, и тем самым способствует повышению эффективности использования сверхпроводящего материала при минимальном его расходе. При концентрации углерода менее 0,06 мас.% его влияние на критический ток обмотки пренебрежимо мало. Увеличение содержания углерода в сверхпроводящем слое более 0,24 мас.% изменяет анизотропию относительно силы пиннинга и ее максимум имеет место в направлении, параллельном поверхности витка. The carbon content in the superconducting layer in an amount of 0.06-0.24 wt.% Provides maximum pinning forces in the direction orthogonal to the surface of the coil, and thereby contributes to an increase in the efficiency of use of the superconducting material at its minimum consumption. When the carbon concentration is less than 0.06 wt.%, Its effect on the critical current of the winding is negligible. An increase in the carbon content in the superconducting layer of more than 0.24 wt.% Changes the anisotropy with respect to the pinning force and its maximum takes place in a direction parallel to the surface of the coil.

Содержание азота в сверхпроводящем слое в количестве 0,07-0,21 мас.% обеспечивает максимум силы пиннинга в направлении, ортогональном поверхности витка, и тем самым способствует повышению эффективности использования сверхпроводящего материала при минимальном его расходе. При концентрации углерода менее 0,07 мас.% он слабо влияет на величину критического тока в витке. Увеличение содержания углерода в сверхпроводящем слое более 0,21 мас. % изменяет величину анизотропии относительно силы пиннинга и ее максимум имеет место в направлении, параллельном поверхности витка. The nitrogen content in the superconducting layer in an amount of 0.07-0.21 wt.% Provides maximum pinning forces in the direction orthogonal to the surface of the coil, and thereby contributes to an increase in the efficiency of use of the superconducting material at its minimum consumption. When the carbon concentration is less than 0.07 wt.%, It weakly affects the critical current in the coil. The increase in carbon content in the superconducting layer is more than 0.21 wt. % changes the value of anisotropy relative to the pinning force and its maximum takes place in a direction parallel to the surface of the coil.

Содержание в соединении станнида ниобия со структурой А-15 фаз Nb₆Sn₅ и/или NbSn₂, при нанесении сверхпроводящего слоя бестоковым переносом из расплава солей в атмосфере инертного газа обеспечивает анизотропию относительно силы пиннинга в направлении, ортогональном поверхности витка, и тем самым способствует повышению эффективности использования сверхпроводящего материала при минимальном его расходе.The content of the Nb ₆ Sn ₅ and / or NbSn ₂ phases in the compound of stannide niobium with the A-15 structure when applying a superconducting layer by currentless transfer from a molten salt in an inert gas atmosphere provides anisotropy with respect to the pinning force in the direction orthogonal to the surface of the coil, and thereby contributes to increase the efficiency of using superconducting material with a minimum consumption.

Анизотропия относительно силы пиннинга в направлении, ортогональном поверхности витка, может быть обеспечена не только легированием, но и другими методами. Для нелегированного соединения станнида ниобия со структурой А-15 она может быть обеспечена в результате использования гальваностатического режима электролиза. Anisotropy with respect to the pinning force in the direction orthogonal to the surface of the coil can be ensured not only by doping, but also by other methods. For the undoped compound of stannide niobium with the structure A-15, it can be ensured by using the galvanostatic electrolysis mode.

Использование в качестве инертного газа аргона, гелия или их смеси способствует получению сверхпроводящего слоя с высокими критическими характеристиками и тем самым повышает эффективность использования сверхпроводящего материала при минимальном его расходе. The use of argon, helium, or a mixture thereof as an inert gas promotes the production of a superconducting layer with high critical characteristics and thereby increases the efficiency of using a superconducting material with a minimum consumption.

Образование композиции из нескольких сверхпроводящих слоев и нескольких слоев с нормальной проводимостью приводит к увеличению рабочего тока обмотки, большей устойчивости к тепловым возмущениям, повышению динамической устойчивости сверхпроводящего изделия к скачкам магнитного потока, снижению уровня гистерезисных потерь. The formation of a composition of several superconducting layers and several layers with normal conductivity leads to an increase in the operating current of the winding, greater resistance to thermal disturbances, an increase in the dynamic stability of the superconducting product to jumps in magnetic flux, and a decrease in the level of hysteresis losses.

Формирование на поверхности витков в качестве изолирующей оксидной диэлектрической пленки аморфной пленки Nb₂O₅ толщиной 0,05-5,0 мкм упрощает изолирование витков спирали, а также улучшает качество и эффективность изолирующего слоя. Это обусловлено тем, что такая пленка имеет более высокую диэлектрическую проницаемость, обладают большей механической прочностью, более устойчива к воздействию низких температур и циклических изменений температуры по сравнению с изоляционными материалами, используемыми в настоящее время для изолирования сверхпроводящих витков. Кроме того, аморфная пленка устойчива при нагреве обмотки в случае аварийного перехода сверхпроводника в нормальное состояние, причем по мере увеличения напряжения в витках в процессе аварийного перехода межвитковая электрическая емкость, обусловленная оксидной пленкой, уменьшается примерно в 10 раз, способствуя предохранению изделия от разрушения. При толщине пленки Nb₂O₅ менее 0,05 мкм слой оксида может быть не сплошным и поэтому не обеспечивать надежной межвитковой электрической изоляции. При толщине слоя Nb₂O₅ более 5 мкм ухудшаются условия охлаждения витка, что приводит к снижению динамической устойчивости сверхпроводящего изделия к скачкам магнитного потока.The formation on the surface of the coils as an insulating oxide dielectric film of an amorphous Nb ₂ O ₅ film with a thickness of 0.05-5.0 μm simplifies the isolation of the coils of the spiral, and also improves the quality and efficiency of the insulating layer. This is due to the fact that such a film has a higher dielectric constant, has greater mechanical strength, is more resistant to low temperatures and cyclic temperature changes compared to insulating materials currently used for insulating superconducting coils. In addition, the amorphous film is stable when the winding is heated in the event of an emergency transition of the superconductor to a normal state, and as the voltage in the turns increases during the emergency transition, the inter-turn electric capacitance due to the oxide film decreases by about 10 times, helping to protect the product from destruction. When the film thickness of Nb ₂ O _{5 is} less than 0.05 μm, the oxide layer may not be continuous and therefore may not provide reliable inter-turn electrical insulation. When the thickness of the Nb ₂ O ₅ layer is more than 5 μm, the conditions for cooling the coil are worsened, which leads to a decrease in the dynamic stability of the superconducting product to magnetic flux jumps.

Сущность предлагаемого изобретения может быть пояснена следующими примерами конкретного выполнения изобретения. The essence of the invention can be illustrated by the following examples of specific implementation of the invention.

В общем случае способ изготовления сверхпроводящего изделия реализуют следующим образом. Из листового металла с нормальной проводимостью толщиной d формируют основу винтовой спирали с внутренним диаметром D, имеющую n витков с шириной витка w, с последующим нанесением на основу сверхпроводящего слоя. Затем производят изолирование витков спирали путем образования аморфной оксидной диэлектрической пленки в 0,01%-м растворе ортофосфорной кислоты. После этого витки скрепляют, монтируют токовводы, погружают изделие в металлический гелиевый криостат КГ-150 и при температуре 4,2 К исследуют стабильность сверхпроводящего состояния. Динамическую устойчивость оценивают по скорости нарастания поля dB/dt (где В - индукция магнитного поля, a t- время) с помощью низкотемпературного зонда, который выполнен в виде немагнитного штока с закрепленным в нижней части датчиком магнитного поля, имеющим чувствительность ≈ 0,5х10^-4 Тл. Чувствительный элемент датчика магнитного поля помещают в центральной части изделия. После испытания изделия в целом из него вырезают часть витков, изготовляют из них образцы соответствующих размеров и проводят исследования. Примесный состав сверхпроводящих слоев определяют искровой масс-спектрометрией, фазовый состав определяют с помощью рентгеновского дифрактометра, а структуру поперечного сечения исследуют методом металлографического анализа. Измерения критического тока производят четырехзондовым методом в сверхпроводящем соленоиде, при этом исследуемые образцы располагают так, чтобы ток был перпендикулярен магнитному полю, а поверхность сверхпроводящего слоя либо параллельна, либо перпендикулярна полю. Критический ток фиксируют по появлению на образце напряжения, равного 10^-6 В. Анизотропию относительно силы пиннинга характеризуют коэффициентом анизотропии k, равным отношению критических токов при параллельной и перпендикулярной ориентации плоскости сверхпроводящего слоя относительно магнитного поля, т.е.

Критическую температуру Т_с замеряют резистивным методом. Для измерения верхнего критического поля В_с2 соединения станнида ниобия со структурой А-15 при нескольких значениях поля, создаваемого сверхпроводящим соленоидом, измеряют величину Т_с. Затем определяют верхние критические поля при 0 и 4,2 К по известным формулам.In the General case, the method of manufacturing a superconducting product is implemented as follows. From a sheet of metal with normal conductivity of thickness d, the basis of a helical spiral with an inner diameter D is formed, having n turns with a turn width w, followed by applying a superconducting layer to the base. Then, the windings of the spiral are insulated by forming an amorphous oxide dielectric film in a 0.01% phosphoric acid solution. After that, the coils are fastened, current leads are mounted, the product is immersed in a metal helium cryostat KG-150, and at a temperature of 4.2 K, the stability of the superconducting state is investigated. Dynamic stability is estimated by the rate of rise of the field dB / dt (where B is the magnetic field induction, and t is the time) using a low-temperature probe, which is made in the form of a non-magnetic rod with a magnetic field sensor fixed at the bottom, with a sensitivity of ≈ 0.5x10 ^{- 4} T. The sensitive element of the magnetic field sensor is placed in the central part of the product. After testing the product as a whole, part of the turns is cut out of it, samples of appropriate sizes are made from them, and research is carried out. The impurity composition of the superconducting layers is determined by spark mass spectrometry, the phase composition is determined using an X-ray diffractometer, and the cross-sectional structure is examined by metallographic analysis. The critical current is measured by the four-probe method in a superconducting solenoid, while the test samples are positioned so that the current is perpendicular to the magnetic field and the surface of the superconducting layer is either parallel or perpendicular to the field. The critical current is recorded by the appearance of a voltage of 10 ^-6 V. The anisotropy with respect to the pinning force is characterized by the anisotropy coefficient k equal to the ratio of critical currents with parallel and perpendicular orientation of the plane of the superconducting layer relative to the magnetic field, i.e.

The critical temperature T _{c is} measured by a resistive method. To measure the upper critical field B _{c2 of the} connection of niobium stannide with structure A-15 at several values of the field created by the superconducting solenoid, measure T _c . Then determine the upper critical fields at 0 and 4.2 K according to well-known formulas.

Пример 1. Формируют из нержавеющей стали марки 12Х18Н9Т основу винтовой спирали, имеющую толщину d - 0,2 мм, внутренний диаметр D - 20 мм, количество витков n - 120 и ширину витка w - 27 мм. Затем при температуре 800^oC в атмосфере аргона из расплава галогенидов щелочных металлов, содержащих соль ниобия, наносят электролизом сверхпроводящий слой ниобия толщиной 15 мкм. В качестве растворимого анода используют ниобиевый прокат марки НБР-1. После нанесения сверхпроводящего слоя образуют оксидный аморфный слой Nb₂O₅ толщиной 0,05 мкм. Испытания изделия показали, что его динамическая стабильность сохраняется при dB/dt ≤ 1,4 • 10^-2 Тл/с. Полученное ниобиевое покрытие по данным искровой масс-спектрометрии имело следующие примеси, мас.%:Ta-3•10^-4, Zr-1•10^-4, Fe-9•10^-4, К-1•10^-4, Na-1•10^-4, Li-2•10^-4, Al-5•10^-4, Mg-4•10^-4,
Ni-8•10^-4, S-5•10^-4, F-5•10^-4, O-2•10^-2, N-2•10^-4, C-3•10^-4. Остальные примеси составляют в сумме 2,5•10^-2 мас. %. Общее содержание примесей в сверхпроводящем слое равно 0,05 мас.%. Исследования, проведенные с помощью оптической и растровой электронной микроскопии, указывают на сплошность и равномерность ниобиевого и оксидного слоев. Критическая температура Т_с составила 9,3 К, величина верхнего критического поля H_с2 (4,2 К)= 1,2 Тл. Критическая плотность тока I_⊥c в поле 0,5 Тл, рассчитанная на сверхпроводящий слой, равна 2•10⁷ А/м², коэффициент анизотропии k = 2,1. Максимум силы пиннинга в направлении, ортогональном поверхности витка, обеспечивается за счет общего содержание примесей в сверхпроводящем слое, равного 0,05 мас.%.Example 1. Form from the stainless steel grade 12X18H9T the basis of a helical spiral having a thickness d of 0.2 mm, an inner diameter of D of 20 mm, the number of turns of n is 120 and the width of the turn of w is 27 mm. Then, at a temperature of 800 ^o C in an argon atmosphere from a melt of alkali metal halides containing a niobium salt, a superconducting niobium layer with a thickness of 15 μm is applied by electrolysis. As a soluble anode using niobium rolled brand NBR-1. After deposition of the superconducting layer, an oxide amorphous Nb ₂ O ₅ layer of 0.05 μm thickness is formed. Tests of the product showed that its dynamic stability is maintained at dB / dt ≤ 1.4 • 10 ^-2 T / s. The obtained niobium coating according to spark mass spectrometry had the following impurities, wt.%: Ta-3 • 10 ^-4 , Zr-1 • 10 ^-4 , Fe-9 • 10 ^-4 , K-1 • 10 ^-4 , Na -1 • 10 ^-4 , Li-2 • 10 ^-4 , Al-5 • 10 ^-4 , Mg-4 • 10 ^-4 ,
Ni-8 • 10 ^-4 , S-5 • 10 ^-4 , F-5 • 10 ^-4 , O-2 • 10 ^-2 , N-2 • 10 ^-4 , C-3 • 10 ^-4 . The remaining impurities amount to 2.5 • 10 ^-2 wt. % The total content of impurities in the superconducting layer is 0.05 wt.%. Studies conducted using optical and scanning electron microscopy indicate the continuity and uniformity of the niobium and oxide layers. The critical temperature T _s was 9.3 K, the value of the upper critical field H _c2 (4.2 K) = 1.2 T. The critical current density I _⊥c in the field of 0.5 T, calculated on the superconducting layer, is 2 • 10 ⁷ A / m ² , the anisotropy coefficient is k = 2.1. The maximum pinning force in the direction orthogonal to the surface of the coil is ensured by the total content of impurities in the superconducting layer equal to 0.05 wt.%.

Пример 2. Формируют основу винтовой спирали, имеющую параметры d - 0,5 мм, D - 75 мм, n - 70 и w - 20 мм из технической меди марки М1, имеющей химический состав согласно ГОСТ 859-78. Затем при температуре 700^oC в атмосфере гелия из расплава галогенидов щелочных металлов, содержащих соль ниобия, наносят электролизом сверхпроводящий слой ниобия толщиной 25 мкм. В качестве растворимого анода используют технический ниобий с содержанием основного металла 97 мас.%. После нанесения сверхпроводящего слоя образуют оксидный аморфный слой Nb₂O₅ толщиной 5,0 мкм. Испытания изделия показали, что его динамическая стабильность сохраняется при dB/dt ≤ 2,4х10^-2 Тл/с. Полученное ниобиевое покрытие имело состав примесей, аналогичный Примеру 1, за исключением тантала, содержание которого составляло 3•10^-1 мас.%. Общее содержание примесей в сверхпроводящем слое равно 0,35 мас.%. Критическая температура Т_с составила 9,4 К, величина верхнего критического поля H_с2 (4,2 К)= 1,3 Тл. Критическая плотность тока I_⊥c в поле 0,5 Тл, рассчитанная на сверхпроводящий слой, равна 5 • 10⁷ А/м², коэффициент анизотропии k = 1,9. Максимум силы пиннинга в направлении, ортогональном поверхности витка, обеспечивается за счет общего содержание примесей в сверхпроводящем слое, равного 0,35 мас. %.Example 2. The basis of a helical spiral is formed, having parameters d - 0.5 mm, D - 75 mm, n - 70 and w - 20 mm from technical copper grade M1 having a chemical composition according to GOST 859-78. Then at a temperature of 700 ^o C in a helium atmosphere from a melt of alkali metal halides containing a niobium salt, a superconducting niobium layer 25 microns thick is applied by electrolysis. As a soluble anode, technical niobium with a base metal content of 97 wt.% Is used. After applying the superconducting layer, an oxide amorphous Nb ₂ O ₅ layer with a thickness of 5.0 μm is formed. Tests of the product showed that its dynamic stability is maintained at dB / dt ≤ 2.4 × 10 ^-2 T / s. The obtained niobium coating had an impurity composition similar to Example 1, with the exception of tantalum, the content of which was 3 • 10 ^-1 wt.%. The total content of impurities in the superconducting layer is 0.35 wt.%. The critical temperature T _s was 9.4 K, the value of the upper critical field H _c2 (4.2 K) = 1.3 T. The critical current density I _⊥c in the field of 0.5 T, calculated on the superconducting layer, is 5 • 10 ⁷ A / m ² , the anisotropy coefficient k = 1.9. The maximum pinning force in the direction orthogonal to the surface of the coil is ensured by the total content of impurities in the superconducting layer equal to 0.35 wt. %

Пример 3. Формируют основу винтовой спирали, имеющую параметры d - 0,3 мм, D - 10 мм, n - 80 и w - 15 мм. В качестве металла с нормальной проводимостью используют молибден. Затем при температуре 750^oC в атмосфере аргона и гелия, взятых в объемном соотношении 1:1, из расплава галогенидов щелочных металлов, содержащих соль ниобия, наносят электролизом сверхпроводящий слой ниобия толщиной 15 мкм. В качестве растворимого анода используют технический ниобий с содержанием основного металла 95 мас.%. После нанесения сверхпроводящего слоя образуют оксидный аморфный слой Nb₂O₅ толщиной 1,0 мкм. Испытания изделия показали, что его динамическая стабильность сохраняется при dB/dt ≤ 1,8 • 10^-2 Тл/с. Общее содержание примесей в сверхпроводящем слое равно 0,5 мас.%. Критическая температура T_c составила 9,3 К, величина верхнего критического поля H_c2 (4,2 К) = 1,5 Тл. Критическая плотность тока I_⊥c в поле 0,5 Тл, рассчитанная на сверхпроводящий слой, равна 8 • 10⁷ А/м², коэффициент анизотропии k = 2,0. Максимум силы пиннинга в направлении, ортогональном поверхности витка, обеспечивается за счет общего содержание примесей в сверхпроводящем слое 0,5 мас.%.Example 3. Form the basis of a helical spiral having the parameters d - 0.3 mm, D - 10 mm, n - 80 and w - 15 mm. Molybdenum is used as a metal with normal conductivity. Then, at a temperature of 750 ^o C in an atmosphere of argon and helium, taken in a volume ratio of 1: 1, from the melt of alkali metal halides containing a niobium salt, a superconducting niobium layer with a thickness of 15 μm is applied by electrolysis. As a soluble anode, technical niobium with a base metal content of 95% by weight is used. After deposition of the superconducting layer, an oxide amorphous Nb ₂ O ₅ layer with a thickness of 1.0 μm is formed. Tests of the product showed that its dynamic stability is maintained at dB / dt ≤ 1.8 • 10 ^-2 T / s. The total content of impurities in the superconducting layer is 0.5 wt.%. The critical temperature T _c was 9.3 K, the value of the upper critical field H _c2 (4.2 K) = 1.5 T. The critical current density I _⊥c in the field of 0.5 T, calculated on the superconducting layer, is 8 • 10 ⁷ A / m ² , the anisotropy coefficient is k = 2.0. The maximum pinning force in the direction orthogonal to the surface of the coil is ensured by the total content of impurities in the superconducting layer of 0.5 wt.%.

Пример 4. Формируют изделие аналогично примеру 3. Отличие заключается в том, что в качестве металла с нормальной проводимостью используют вольфрам. Результаты испытаний изделия такие же, как в Примере 3. Example 4. A product is formed analogously to example 3. The difference is that tungsten is used as a metal with normal conductivity. The test results of the product are the same as in Example 3.

Пример 5. Формируют изделие аналогично Примеру 3. Отличие заключается в том, что в качестве металла с нормальной проводимостью используют тантал. Результаты испытаний изделия такие же, как в примере 3. Example 5. The product is formed similarly to Example 3. The difference is that tantalum is used as a metal with normal conductivity. The test results of the product are the same as in example 3.

Пример 6. Формируют изделие аналогично примеру 3. Отличие заключается в том, что в качестве металла с нормальной проводимостью используют хром. Результаты испытаний изделия такие же, как в примере 3. Example 6. The product is formed analogously to example 3. The difference is that chromium is used as a metal with normal conductivity. The test results of the product are the same as in example 3.

Пример 7. Формируют изделие аналогично примеру 3. Отличие заключается в том, что в качестве металла с нормальной проводимостью используют рений. Результаты испытаний изделия такие же, как в примере 3. Example 7. The product is formed analogously to example 3. The difference is that rhenium is used as a metal with normal conductivity. The test results of the product are the same as in example 3.

Пример 8. Формируют изделие аналогично примеру 3. Отличие заключается в том, что в качестве металла с нормальной проводимостью используют ниобий. Результаты испытаний изделия такие же, как в примере 3. Example 8. A product is formed analogously to example 3. The difference is that niobium is used as a metal with normal conductivity. The test results of the product are the same as in example 3.

Пример 9. Формируют основу винтовой спирали, имеющую параметры d - 0,3 мм, D - 15 мм, n - 80 и w - 12 мм из технической меди марки М2. Затем из электролита, содержащего соли ниобия и олова, в атмосфере аргона наносят электролизом слой сверхпроводящего соединения станнида ниобия со структурой А-15 толщиной 12 мкм. После нанесения сверхпроводящего слоя производят изолирование витков спирали посредством аморфной оксидной диэлектрической пленки 1,5 мкм. Испытания изделия показали, что его динамическая стабильность сохраняется при dB/dt ≤ 3,5 • 10^-2 Тл/с. Содержание примесей в станниде ниобия согласно данным искровой масс-спектрометрии было следующим, мас. %: Ta - 3 • 10^-3, Zr - 1 • 10^-3, Fe - 9 • 10^-3, K - 1 • 10^-4, Na - 1 • 10^-4, Li - 2 • 10^-4, Al - 5 • 10^-3, Mg - 4 • 10^-3, Ni - 8 • 10^-3, S - 5 • 10^-2, F - 1 • 10^-3, O - 5 • 10^-2, N - 5 • 10^-4, C - 7 • 10^-4. Рентгеноспектральный анализ показал в сверхпроводящем слое соотношение [Nb]/[Sn] = 2,50. Рентгенофазовый анализ идентифицировал только фазу со структурой А-15 с межплоскостным расстоянием a = 5,289 ± 0,001 A. Исследования, проведенные на микрозондовом анализаторе "Cameca" в характеристических и отраженных электронах, указывают на сплошность и гомогенность слоя станнида ниобия. Критическая температура T_с составила 17,7 К. Расчетные величины верхнего критического поля B_c2(0) = 22,5 Тл, B_c2(4,2 К) = 21,0 Тл. Критическая плотность тока I_⊥c в поле 5 Tл, рассчитанная на сверхпроводящий слой, равна 5,1 • 10⁹ А/м², коэффициент анизотропии k = 1,9. Максимум силы пиннинга в направлении, ортогональном поверхности витка, обеспечивается столбчатой структурой слоя, получающегося при гальваностатическом режиме электролиза.Example 9. The basis of a helical spiral is formed, having parameters d - 0.3 mm, D - 15 mm, n - 80 and w - 12 mm from technical copper grade M2. Then, from the electrolyte containing salts of niobium and tin, in a argon atmosphere, a layer of a superconducting compound of niobium stannide with an A-15 structure with a thickness of 12 μm is applied by electrolysis. After applying the superconducting layer, the windings of the spiral are insulated with an amorphous oxide dielectric film of 1.5 μm. Tests of the product showed that its dynamic stability is maintained at dB / dt ≤ 3.5 • 10 ^-2 T / s. The impurity content in the stannide of niobium according to the data of spark mass spectrometry was as follows, wt. %: Ta - 3 • 10 ^-3 , Zr - 1 • 10 ^-3 , Fe - 9 • 10 ^-3 , K - 1 • 10 ^-4 , Na - 1 • 10 ^-4 , Li - 2 • 10 ^-4 , Al - 5 • 10 ^-3 , Mg - 4 • 10 ^-3 , Ni - 8 • 10 ^-3 , S - 5 • 10 ^-2 , F - 1 • 10 ^-3 , O - 5 • 10 ^-2 , N - 5 • 10 ^-4 , C - 7 • 10 ^-4 . X-ray spectral analysis showed the ratio [Nb] / [Sn] = 2.50 in the superconducting layer. X-ray phase analysis identified only the phase with the A-15 structure with an interplanar distance a = 5.289 ± 0.001 A. Studies performed on the Cameca microprobe analyzer in characteristic and reflected electrons indicate the continuity and homogeneity of the niobium stannide layer. The critical temperature T _s was 17.7 K. The calculated values of the upper critical field are B _c2 (0) = 22.5 T, B _c2 (4.2 K) = 21.0 T. The critical current density I _⊥c in the field of 5 T, calculated on the superconducting layer, is 5.1 • 10 ⁹ A / m ² , the anisotropy coefficient k = 1.9. The maximum pinning force in the direction orthogonal to the surface of the coil is provided by the columnar structure of the layer resulting from the galvanostatic electrolysis mode.

Пример 10. Формируют основу винтовой спирали аналогично Примеру 9. Затем из электролита, содержащего соли ниобия, олова и тантала, в атмосфере гелия наносят электролизом слой сверхпроводящего соединения станнида ниобия со структурой А-15 толщиной 15 мкм. После нанесения сверхпроводящего слоя производят изолирование витков спирали посредством аморфной оксидной диэлектрической пленки толщиной 2,5 мкм. Испытания изделия показали, что его динамическая стабильность сохраняется при dB/dt ≤ 3,6 • 10^-2 Тл/с. Содержание примесей в станниде ниобия за исключением тантала аналогично содержанию примесей в Примере 9. Концентрация тантала в сверхпроводящем слое составила 0,3 мас.%. Рентгеноспектральный анализ показал в сверхпроводящем слое соотношение [Nb]/[Sn] = 2,45. Критическая температура T_c составила 17,7 К. Расчетные величины верхнего критического поля B_c2(0) = 26,0 Тл, B_c2(4,2 К) = 24,5 Тл. Критическая плотность тока I_⊥c в поле 5 Тл, рассчитанная на сверхпроводящий слой, равна 2,1 • 10¹⁰ А/м², коэффициент анизотропии k = 1,9. Максимум силы пиннинга в направлении, ортогональном поверхности витка, обеспечивается за счет легирования сверхпроводящего соединения танталом в количестве, равном 0,3 мас.%.Example 10. The basis of a helical spiral is formed similarly to Example 9. Then, a layer of a superconducting compound of niobium stannide with an A-15 structure with a thickness of 15 μm is applied by electrolysis from an electrolyte containing salts of niobium, tin and tantalum. After applying the superconducting layer, the windings of the spiral are insulated by means of an amorphous oxide dielectric film 2.5 μm thick. Tests of the product showed that its dynamic stability is maintained at dB / dt ≤ 3.6 • 10 ^-2 T / s. The content of impurities in the stannide of niobium with the exception of tantalum is similar to the content of impurities in Example 9. The concentration of tantalum in the superconducting layer was 0.3 wt.%. X-ray spectral analysis showed the ratio [Nb] / [Sn] = 2.45 in the superconducting layer. The critical temperature T _c was 17.7 K. The calculated values of the upper critical field are B _c2 (0) = 26.0 T, B _c2 (4.2 K) = 24.5 T. The critical current density I _⊥c in the field of 5 T, calculated on the superconducting layer, is 2.1 • 10 ¹⁰ A / m ² , the anisotropy coefficient k = 1.9. The maximum pinning force in the direction orthogonal to the surface of the coil is ensured by doping the superconducting compound with tantalum in an amount equal to 0.3 wt.%.

Пример 11. Формируют основу винтовой спирали аналогично Примеру 9. Затем из электролита, содержащего соли ниобия, олова и циркония, в атмосфере аргона и гелия, взятых в объемном соотношении 1:1, наносят электролизом слой сверхпроводящего соединения станнида ниобия со структурой А-15 толщиной 14 мкм. После нанесения сверхпроводящего слоя производят изолирование витков спирали посредством аморфной оксидной диэлектрической пленки толщиной 1,5 мкм. Испытания изделия показали, что его динамическая стабильность сохраняется при dB/dt ≤ 3,2 • 10^-2 Тл/с. Содержание примесей в станниде ниобия за исключением циркония аналогично содержанию примесей в Примере 9. Концентрация циркония в сверхпроводящем слое составила 0,1 мас.%. Рентгеноспектральный анализ показал в сверхпроводящем слое соотношение [Nb]/[Sn] = 2,35. Критическая температура T_c составила 18,1 К. Расчетные величины верхнего критического поля B_c2(0) = 22,5 Тл, B_c2(4,2 К) = 21,0 Тл. Критическая плотность тока I_⊥c в поле 5 Тл, рассчитанная на сверхпроводящий слой, равна 1,6 • 10¹⁰ А/м², коэффициент анизотропии k = 1,8. Максимум силы пиннинга в направлении, ортогональном поверхности витка, обеспечивается за счет легирования сверхпроводящего соединения цирконием в количестве, равном 0,1 мас.%.Example 11. The basis of a helical spiral is formed similarly to Example 9. Then, from a electrolyte containing salts of niobium, tin and zirconium, in an atmosphere of argon and helium taken in a volume ratio of 1: 1, a layer of a superconducting compound of niobium stannide with structure A-15 is applied by electrolysis 14 microns. After applying the superconducting layer, the windings of the spiral are insulated by means of an amorphous oxide dielectric film 1.5 μm thick. Tests of the product showed that its dynamic stability is maintained at dB / dt ≤ 3.2 • 10 ^-2 T / s. The impurity content in the stannide of niobium with the exception of zirconium is similar to the impurity content in Example 9. The concentration of zirconium in the superconducting layer was 0.1 wt.%. X-ray spectral analysis showed the ratio [Nb] / [Sn] = 2.35 in the superconducting layer. The critical temperature T _c was 18.1 K. The calculated values of the upper critical field are B _c2 (0) = 22.5 T, B _c2 (4.2 K) = 21.0 T. The critical current density I _⊥c in the field of 5 T, calculated on the superconducting layer, is 1.6 • 10 ¹⁰ A / m ² , the anisotropy coefficient is k = 1.8. The maximum pinning force in the direction orthogonal to the surface of the coil is ensured by doping the superconducting compound with zirconium in an amount equal to 0.1 wt.%.

Пример 12. Формируют основу винтовой спирали аналогично Примеру 9. Затем из электролита, содержащего соли ниобия, олова и меди, в атмосфере аргона наносят электролизом слой сверхпроводящего соединения станнида ниобия со структурой А-15 толщиной 16 мкм. После нанесения сверхпроводящего слоя производят изолирование витков спирали посредством аморфной оксидной диэлектрической пленки толщиной 3 мкм. Испытания изделия показали, что его динамическая стабильность сохраняется при dB/dt ≤ 3,9 • 10^-2 Тл/с. Содержание примесей в станниде ниобия за исключением меди аналогично содержанию примесей в Примере 9. Концентрация меди в сверхпроводящем слое составила 3 мас.%. Рентгеноспектральный анализ показал в сверхпроводящем слое соотношение [Nb] /[Sn] = 2,40. Критическая температура T_c составила 18,1 К. Расчетные величины верхнего критического поля B_c2(0) = 24,0 Тл, B_c2(4,2 К) = 22,5 Тл. Критическая плотность тока I_⊥c в поле 5 Тл, рассчитанная на сверхпроводящий слой, равна 1,3 • 10¹⁰ А/м², коэффициент анизотропии k = 1,8. Максимум силы пиннинга в направлении, ортогональном поверхности витка, обеспечивается за счет легирования сверхпроводящего соединения медью в количестве, равном 3 мас.%.Example 12. The helical spiral base is formed in the same manner as in Example 9. Then, a superconducting compound of niobium stannide with an A-15 structure with a thickness of 16 μm is applied by electrolysis from an electrolyte containing salts of niobium, tin and copper. After applying the superconducting layer, the windings of the spiral are insulated by means of an amorphous oxide dielectric film 3 μm thick. Tests of the product showed that its dynamic stability is maintained at dB / dt ≤ 3.9 • 10 ^-2 T / s. The impurity content in the stannide of niobium with the exception of copper is similar to the impurity content in Example 9. The concentration of copper in the superconducting layer was 3 wt.%. X-ray spectral analysis showed the ratio [Nb] / [Sn] = 2.40 in the superconducting layer. The critical temperature T _c was 18.1 K. The calculated values of the upper critical field are B _c2 (0) = 24.0 T, B _c2 (4.2 K) = 22.5 T. The critical current density I _⊥c in a field of 5 T, calculated on a superconducting layer, is 1.3 • 10 ¹⁰ A / m ² , the anisotropy coefficient is k = 1.8. The maximum pinning force in the direction orthogonal to the surface of the coil is ensured by doping the superconducting compound with copper in an amount equal to 3 wt.%.

Пример 13. Формируют основу винтовой спирали аналогично Примеру 9. Затем из электролита, содержащего соли ниобия, олова и тетрахлорметан, в атмосфере аргона наносят электролизом слой сверхпроводящего соединения станнида ниобия со структурой А-15 толщиной 12 мкм. После нанесения сверхпроводящего слоя производят изолирование витков спирали посредством аморфной оксидной диэлектрической пленки толщиной 2,5 мкм. Испытания изделия показали, что его динамическая стабильность сохраняется при dB/dt ≤ 3,3 • 10^-2 Тл/с. Содержание примесей в станниде ниобия за исключением углерода аналогично содержанию примесей в Примере 9. Концентрация углерода в сверхпроводящем слое составила 0,06 мас.%. Рентгеноспектральный анализ показал в сверхпроводящем слое соотношение [Nb]/[Sn] = 2,50. Критическая температура T_c составила 18,1 К. Расчетные величины верхнего критического поля B_c2(0) = 22,5 Тл, B_c2(4,2 К) = 21,0 Тл. Критическая плотность тока I_⊥c в поле 5 Тл, рассчитанная на сверхпроводящий слой, равна 1,1 • 10¹⁰ А/м² коэффициент анизотропии k = 1,8. Максимум силы пиннинга в направлении, ортогональном поверхности витка, обеспечивается за счет легирования сверхпроводящего соединения углеродом в количестве, равном 0,06 мас.%.Example 13. The basis of a helical spiral is formed similarly to Example 9. Then, from a electrolyte containing salts of niobium, tin and carbon tetrachloride, in a argon atmosphere, a layer of a superconducting compound of niobium stannide with an A-15 structure with a thickness of 12 μm is applied. After applying the superconducting layer, the windings of the spiral are insulated by means of an amorphous oxide dielectric film 2.5 μm thick. Tests of the product showed that its dynamic stability is maintained at dB / dt ≤ 3.3 • 10 ^-2 T / s. The content of impurities in the stannide of niobium with the exception of carbon is similar to the content of impurities in Example 9. The concentration of carbon in the superconducting layer was 0.06 wt.%. X-ray spectral analysis showed the ratio [Nb] / [Sn] = 2.50 in the superconducting layer. The critical temperature T _c was 18.1 K. The calculated values of the upper critical field are B _c2 (0) = 22.5 T, B _c2 (4.2 K) = 21.0 T. The critical current density I _⊥c in the field of 5 T, calculated on the superconducting layer, is 1.1 • 10 ¹⁰ A / m ² anisotropy coefficient k = 1.8. The maximum pinning force in the direction orthogonal to the surface of the coil is ensured by doping the superconducting compound with carbon in an amount equal to 0.06 wt.%.

Пример 14. Формируют основу винтовой спирали аналогично Примеру 9. Затем из электролита, содержащего соли ниобия и олова, в атмосфере смеси аргона и азота наносят электролизом слой сверхпроводящего соединения станнида ниобия со структурой А-15 толщиной 10 мкм. После нанесения сверхпроводящего слоя производят изолирование витков спирали посредством аморфной оксидной диэлектрической пленки толщиной 2,5 мкм. Испытания изделия показали, что его динамическая стабильность сохраняется при dB/dt ≤ 3,1 • 10^-2 Тл/с. Содержание примесей в станниде ниобия за исключением азота аналогично содержанию примесей в Примере 9. Концентрация азота в сверхпроводящем слое составила 0,07 мас. %. Рентгеноспектральный анализ показал в сверхпроводящем слое соотношение [Nb]/[Sn] = 2,50. Критическая температура T_c составила 17,9 К. Расчетные величины верхнего критического поля B_c2(0) = 23,5 Тл, B_c2(4,2 К) = 22,0 Тл. Критическая плотность тока I_⊥c в поле 5 Тл, рассчитанная на сверхпроводящий слой, равна 2,7 • 10¹⁰ А/м² коэффициент анизотропии k = 1,9. Максимум силы пиннинга в направлении, ортогональном поверхности витка, обеспечивается за счет легирования сверхпроводящего соединения азотом в количестве, равном 0,07 мас.%.Example 14. The helical spiral base is formed in the same manner as in Example 9. Then, a superconducting compound of niobium stannide with an A-15 structure with a thickness of 10 μm is applied by electrolysis from an electrolyte containing niobium and tin salts. After applying the superconducting layer, the windings of the spiral are insulated by means of an amorphous oxide dielectric film 2.5 μm thick. Tests of the product showed that its dynamic stability is maintained at dB / dt ≤ 3.1 • 10 ^-2 T / s. The impurity content in the stannide of niobium excluding nitrogen is similar to the impurity content in Example 9. The nitrogen concentration in the superconducting layer was 0.07 wt. % X-ray spectral analysis showed the ratio [Nb] / [Sn] = 2.50 in the superconducting layer. The critical temperature T _c was 17.9 K. The calculated values of the upper critical field are B _c2 (0) = 23.5 T, B _c2 (4.2 K) = 22.0 T. The critical current density I _⊥c in a field of 5 T, calculated on a superconducting layer, is 2.7 • 10 ¹⁰ A / m ² anisotropy coefficient k = 1.9. The maximum pinning force in the direction orthogonal to the surface of the coil is ensured by doping the superconducting compound with nitrogen in an amount equal to 0.07 wt.%.

Пример 15. Формируют основу винтовой спирали аналогично Примеру 1. Затем при температуре 800^oC в атмосфере аргона из расплава галогенидов щелочных металлов, содержащих соль меди, методом контактного вытеснения наносят слой меди толщиной 10 мкм. На образовавшийся медный слой при температуре 750^oC в атмосфере гелия из расплава галогенидов щелочных металлов, содержащих соль ниобия, наносят электролизом слой ниобия толщиной 15 мкм. В качестве растворимого анода используют ниобиевый прокат марки НБР-1. На полученном ниобиевом слое из расплава галогенидов щелочных металлов, содержащих соль олова, в атмосфере аргона методом бестокового переноса получают соединение станнида ниобия со структурой А-15 толщиной 8 мкм. После нанесения сверхпроводящего слоя производят изолирование витков спирали посредством аморфной оксидной диэлектрической пленки толщиной 1,8 мкм. Испытания изделия показали, что его динамическая стабильность сохраняется при dB/dt ≤ 2,9 • 10^-2 Тл/с. Содержание примесей в станниде ниобия согласно данным масс-спектрометрического анализа такое же, как в Примере 9. Рентгенофазовый анализ идентифицирует фазу со структурой А-15 с межплосткостным расстоянием а = 5,291 ± 0,001 А, а также фазы Nb₆Sn₅ и NbSn₂. Критическая температура T_c составила 17,9 К. Расчетные величины верхнего критического поля B_c2(0) = 22,5 Тл, B_c2(4,2 К) = 21,0 Тл. Критическая плотность тока I_⊥c в поле 5 Тл, рассчитанная на сверхпроводящий слой, равна 6,7 • 10⁹ А/м², коэффициент анизотропии k = 1,8. Максимум силы пиннинга в направлении, ортогональном поверхности витка, обеспечивается за счет образования фаз Nb₆Sn₅ и NbSn₂.Example 15. The basis of a helical spiral is formed similarly to Example 1. Then, at a temperature of 800 ^o C in an argon atmosphere from a melt of alkali metal halides containing copper salt, a layer of copper with a thickness of 10 μm is applied by contact extrusion. On the resulting copper layer at a temperature of 750 ^o C in a helium atmosphere from a melt of alkali metal halides containing a niobium salt, a layer of niobium 15 μm thick is applied by electrolysis. As a soluble anode using niobium rolled brand NBR-1. On the obtained niobium layer from a melt of alkali metal halides containing a tin salt in an argon atmosphere, a niobium stannide compound with an A-15 structure with a thickness of 8 μm is obtained by the method of currentless transfer. After applying the superconducting layer, the windings of the spiral are insulated by an amorphous oxide dielectric film 1.8 μm thick. Tests of the product showed that its dynamic stability is maintained at dB / dt ≤ 2.9 • 10 ^-2 T / s. The impurity content in niobium stannide according to the mass spectrometric analysis is the same as in Example 9. X-ray phase analysis identifies the phase with the structure A-15 with interplanar spacing a = 5.291 ± 0.001 A, as well as the phases Nb ₆ Sn ₅ and NbSn ₂ . The critical temperature T _c was 17.9 K. The calculated values of the upper critical field are B _c2 (0) = 22.5 T, B _c2 (4.2 K) = 21.0 T. The critical current density I _⊥c in the field of 5 T, calculated on the superconducting layer, is 6.7 • 10 ⁹ A / m ² , the anisotropy coefficient k = 1.8. The maximum pinning force in the direction orthogonal to the surface of the coil is provided due to the formation of phases Nb ₆ Sn ₅ and NbSn ₂ .

Пример 16. Формируют из нержавеющей стали марки 08Х18Н9Т основу винтовой спирали, имеющую толщину d - 0,2 мм, внутренний диаметр D - 20 мм, количество витков n - 120 и ширину витка w - 27 мм. Затем при температуре 650^oC в атмосфере гелия из расплава галогенидов щелочных металлов, содержащих соль меди, методом контактного вытеснения наносят слой меди толщиной 5 мкм. После нанесения медного слоя из электролита, содержащего соли ниобия, олова и тантала, в атмосфере аргона наносят электролизом слой сверхпроводящего соединения станнида ниобия со структурой А-15 толщиной 5 мкм, легированный танталом в количестве 1,5 мас.%. Затем на этот слой методом контактного вытеснения снова наносят слой меди толщиной 5 мкм. После нанесения медного слоя из электролита, содержащего соли ниобия, олова и циркония, в атмосфере гелия наносят электролизом слой сверхпроводящего соединения станнида ниобия со структурой А-15 толщиной 5 мкм, легированный цирконием в количестве 0,5 мас. %. На этот слой методом контактного вытеснения снова наносят слой меди толщиной 5 мкм. После нанесения медного слоя из электролита, содержащего соли ниобия, олова и меди, в атмосфере аргона наносят электролизом слой сверхпроводящего соединения станнида ниобия со структурой А-15 толщиной 5 мкм, легированный медью в количестве 10 мас.%. Затем на этот слой методом контактного вытеснения снова наносят слой меди толщиной 5 мкм. После нанесения медного слоя из электролита, содержащего соли ниобия, олова и тетрахлорметан, в атмосфере аргона наносят электролизом слой сверхпроводящего соединения станнида ниобия со структурой А-15 толщиной 5 мкм, легированный углеродом в количестве 0,24 мас.%. На этот слой методом контактного вытеснения снова наносят слой меди толщиной 5 мкм. После нанесения медного слоя из электролита, содержащего соли ниобия и олова, в атмосфере смеси аргона и азота наносят электролизом слой сверхпроводящего соединения станнида ниобия со структурой А-15 толщиной 5 мкм, легированный азотом в количестве 0,21 мас.%. Затем производят изолирование витков спирали посредством аморфной оксидной диэлектрической пленки толщиной 1,9 мкм. Испытания изделия показали, что его динамическая стабильность сохраняется при dB/dt ≤ 3,2 • 10^-2 Тл/с. Содержание примесей в станниде ниобия за исключением легирующих элементов аналогично содержанию примесей в Примере 9. Максимальная критическая температура T_c составила 18,0 К. Расчетные величины верхнего критического поля B_c2(0) = 25,0 Тл, B_c2(4,2 К) = 23,5 Тл. Критическая плотность тока I_⊥c в поле 5 Тл, рассчитанная на сверхпроводящий слой, равна 3,8 • 10¹⁰ А/м², коэффициент анизотропии k = 2,4. Максимум силы пиннинга в направлении, ортогональном поверхности витка, обеспечивается за счет легирования сверхпроводящего соединения танталом, цирконием, медью, углеродом и азотом, в количестве соответственно 1,5; 0,5; 10; 0,24 и 0,21 мас.%.Example 16. Form from the stainless steel grade 08X18H9T the basis of a helical spiral having a thickness d of 0.2 mm, an inner diameter of D of 20 mm, the number of turns n of 120 and the width of the turn of w of 27 mm. Then at a temperature of 650 ^o C in a helium atmosphere from a melt of alkali metal halides containing a copper salt, a layer of copper with a thickness of 5 μm is applied by contact displacement. After applying a copper layer of an electrolyte containing salts of niobium, tin and tantalum, in an argon atmosphere, by electrolysis, a layer of a superconducting compound of niobium stannide with a structure of A-15 with a thickness of 5 μm, doped with tantalum in an amount of 1.5 wt.% Is applied. Then, a layer of copper with a thickness of 5 μm is again applied to this layer by contact displacement. After applying a copper layer of an electrolyte containing salts of niobium, tin and zirconium, in a helium atmosphere, a layer of a superconducting compound of niobium stannide with an A-15 structure of 5 μm thickness, doped with zirconium in an amount of 0.5 wt. % A layer of copper with a thickness of 5 μm is again applied to this layer by contact displacement. After applying a copper layer from an electrolyte containing salts of niobium, tin and copper, in an argon atmosphere, a layer of a superconducting compound of niobium stannide with an A-15 structure with a thickness of 5 μm, doped with copper in an amount of 10 wt.%, Is applied by electrolysis. Then, a layer of copper with a thickness of 5 μm is again applied to this layer by contact displacement. After applying a copper layer from an electrolyte containing salts of niobium, tin and carbon tetrachloride, in an argon atmosphere, an electrolytic layer of niobium stannide with a structure of 5 μm thick, doped with carbon in an amount of 0.24 wt.%, Is applied by electrolysis. A layer of copper with a thickness of 5 μm is again applied to this layer by contact displacement. After applying a copper layer of an electrolyte containing salts of niobium and tin, in an atmosphere of a mixture of argon and nitrogen, an electrolysis layer of a niobium stannide with a structure of A-15 with a thickness of 5 μm, doped with nitrogen in an amount of 0.21 wt.% Is applied. Then, the windings of the spiral are insulated by means of an amorphous oxide dielectric film 1.9 μm thick. Tests of the product showed that its dynamic stability is maintained at dB / dt ≤ 3.2 • 10 ^-2 T / s. The impurity content in the stannide of niobium with the exception of alloying elements is similar to the impurity content in Example 9. The maximum critical temperature T _c was 18.0 K. The calculated values of the upper critical field B _c2 (0) = 25.0 T, B _c2 (4.2 K ) = 23.5 T. The critical current density I _⊥c in the field of 5 T, calculated on the superconducting layer, is 3.8 • 10 ¹⁰ A / m ² , the anisotropy coefficient is k = 2.4. The maximum pinning force in the direction orthogonal to the surface of the coil is ensured by doping the superconducting compound with tantalum, zirconium, copper, carbon and nitrogen, in an amount of 1.5, respectively; 0.5; ten; 0.24 and 0.21 wt.%.

Пример 17. Формируют основу винтовой спирали, имеющую параметры d - 0,3 мм, D - 15 мм, n - 80 и w - 12 мм из технической меди марки М3. Затем из электролита, содержащего соли ниобия, олова и меди, в атмосфере аргона наносят электролизом слой сверхпроводящего соединения станнида ниобия со структурой А-15 толщиной 6 мкм с содержанием в нем меди в количестве 10 мас.%. На полученный слой из расплава галогенидов щелочных металлов, содержащих соль молибдена, наносят покрытие молибдена толщиной 5 мкм. На этот слой вновь наносят сверхпроводящий слой со структурой А-15 толщиной 6 мкм с содержанием в нем меди 8 мас.%. На полученный сверхпроводящий слой из расплава галогенидов, содержащих соль вольфрама, наносят слой вольфрама толщиной 5 мкм. На этот слой вновь наносят сверхпроводящий слой со структурой А-15 с содержанием в нем меди 6 мас.%. На него из расплава солей галогенидов, содержащих соль тантала, наносят слой тантала толщиной 5 мкм. На этот слой вновь наносят сверхпроводящий слой со структурой А-15 толщиной 6 мкм с содержанием в нем меди 8 мас. %. На него электролизом из водного раствора, содержащего соль хрома, наносят слой хрома толщиной 5 мкм. На этот слой вновь наносят сверхпроводящий слой со структурой А-15 с содержанием в нем меди 7 мас.%. На полученный сверхпроводящий слой из расплава солей, содержащего соль рения, наносят слой рения толщиной 5 мкм. На этот слой вновь наносят сверхпроводящий слой со структурой А-15 толщиной 7 мкм с содержанием в нем меди 3 мас. %. Затем производят изолирование витков спирали посредством аморфной оксидной диэлектрической пленки толщиной 2,8 мкм. Испытания изделия показали, что его динамическая стабильность сохраняется при dB/dt ≤ 2,7 • 10^-2 Тл/с. Содержание примесей в станниде ниобия за исключением меди аналогично содержанию примесей в Примере 9. Максимальная критическая температура T_c составила 18,0 К. Расчетные величины верхнего критического поля B_c2(0) = 23,5 Тл, B_c2(4,2 К) = 22,0 Тл. Критическая плотность тока I_⊥c в поле 5 Тл, рассчитанная на сверхпроводящий слой, равна 1,7 • 10¹⁰ А/см² коэффициент анизотропии k = 2,2. Максимум силы пиннинга в направлении, ортогональном поверхности витка, обеспечивается за счет легирования сверхпроводящего соединения медью в количестве до 10 мас.%.Example 17. The basis of a helical spiral is formed, having parameters d - 0.3 mm, D - 15 mm, n - 80 and w - 12 mm from technical copper grade M3. Then, from the electrolyte containing salts of niobium, tin and copper, in an argon atmosphere, a layer of a superconducting compound of niobium stannide with an A-15 structure with a thickness of 6 μm with a copper content in the amount of 10 wt.% Is applied by electrolysis. On the obtained layer from a melt of alkali metal halides containing a molybdenum salt, a coating of molybdenum with a thickness of 5 μm is applied. A superconducting layer with an A-15 structure of 6 μm thickness with a copper content of 8 wt.% Is again applied to this layer. On the obtained superconducting layer from a melt of halides containing a tungsten salt, a layer of tungsten with a thickness of 5 μm is applied. A superconducting layer with an A-15 structure with a copper content of 6 wt.% Is again applied to this layer. A layer of tantalum with a thickness of 5 μm is applied to it from a melt of halide salts containing tantalum salt. This layer is again coated with a superconducting layer with an A-15 structure 6 μm thick with a copper content of 8 wt. % A layer of chromium 5 microns thick is applied to it by electrolysis from an aqueous solution containing a chromium salt. A superconducting layer with an A-15 structure with a copper content of 7 wt.% Is again applied to this layer. On the obtained superconducting layer from a molten salt containing a rhenium salt, a rhenium layer 5 μm thick is applied. A superconducting layer with an A-15 structure 7 μm thick with a copper content of 3 wt. % Then, the windings of the spiral are insulated by means of an amorphous oxide dielectric film with a thickness of 2.8 μm. Tests of the product showed that its dynamic stability is maintained at dB / dt ≤ 2.7 • 10 ^-2 T / s. The impurity content in niobium stannide with the exception of copper is similar to the impurity content in Example 9. The maximum critical temperature T _c was 18.0 K. The calculated values of the upper critical field B _c2 (0) = 23.5 T, B _c2 (4.2 K) = 22.0 T. The critical current density I _⊥c in a field of 5 T, calculated on the superconducting layer, is 1.7 • 10 ¹⁰ A / cm ² anisotropy coefficient k = 2.2. The maximum pinning force in the direction orthogonal to the surface of the coil is ensured by doping the superconducting compound with copper in an amount of up to 10 wt.%.

Из приведенных Примеров следует, что предложенный способ обеспечивает повышение динамической устойчивости сверхпроводящего изделия к скачкам магнитного потока, способствует устойчивой работе изделия на повышенном уровне мощности, снижает уровень гистерезисных потерь и повышает эффективность использования сверхпроводящего материала при минимальном его расходе. Минимальный расход сверхпроводящего материала не только снижает стоимость изделия, но и уменьшает затраты на эксплуатацию криогенной системы, поскольку требуется меньшее количество хладагента для охлаждения изделия до рабочей температуры. Изобретение также решает задачу упрощения процесса изготовления, поскольку не требует сложной и дорогостоящей аппаратуры для его реализации. Кроме того, изобретение решает задачу упрощения изготовления изолирующего слоя, улучшает его эффективность, поскольку изолирующий слой прочно скреплен с металлической поверхностью витка и при криогенных температурах, а за счет снижения его толщины и повышения теплопроводности улучшается устойчивость изделия к тепловым возмущениям. It follows from the Examples given that the proposed method provides an increase in the dynamic stability of the superconducting product to magnetic flux shocks, contributes to the stable operation of the product at an increased power level, reduces the level of hysteresis losses, and increases the efficiency of using the superconducting material with a minimum consumption. The minimum consumption of superconducting material not only reduces the cost of the product, but also reduces the cost of operating the cryogenic system, since less refrigerant is required to cool the product to operating temperature. The invention also solves the problem of simplifying the manufacturing process, since it does not require complex and expensive equipment for its implementation. In addition, the invention solves the problem of simplifying the manufacture of the insulating layer, improves its efficiency, since the insulating layer is firmly bonded to the metal surface of the coil and at cryogenic temperatures, and by reducing its thickness and increasing thermal conductivity, the product's resistance to thermal disturbances is improved.

Claims

1. A method of manufacturing a superconducting product, including the formation of a helical spiral based on a composition of a superconductor and a metal with normal conductivity, isolating the spiral coils from each other and fastening the coils, characterized in that the superconductor and metal with normal conductivity are made in the form of layers whose width is in general, it is equal to the width of the spiral coil, and they are placed one on top of the other, and at first they form a layer with normal conductivity and a superconducting layer is applied to it, while the superconducting layer They provide anisotropy with respect to the pinning force, the maximum of which is directed orthogonally to the surface of the coil, and the isolation of the spiral turns is performed by the formation of an oxide dielectric film on the surface of the turns.

2. The method according to claim 1, characterized in that niobium is used in the composition as the material of the superconducting layer.

3. The method according to claim 1, characterized in that in the composition as the material of the superconducting layer, a compound of niobium stannide is used with structure A-15.

4. The method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the compositions use stainless steel as the material of the layer with normal conductivity.

5. The method according to one of claims 1 to 3, characterized in that in the composition one or more metals selected from the group consisting of copper, molybdenum, tungsten, tantalum, chromium, rhenium are used as the material of the layer with normal conductivity.

6. The method according to p. 1 or 3, characterized in that in the composition as a material of a layer with normal conductivity use niobium.

7. The method according to claim 2, characterized in that niobium is applied by electrolysis from molten salts in an inert gas atmosphere, and anisotropy relative to the pinning force is achieved by providing a total impurity content in the superconducting layer of 0.05-0.50 wt.%.

8. The method according to claim 3, characterized in that the compound of stannide niobium with structure A-15 is applied by electrolysis from molten salts in an atmosphere containing an inert gas.

9. The method according to claim 8, characterized in that the anisotropy relative to the pinning force is achieved by doping the applied compound with tantalum, and the content of tantalum in the superconducting layer is 0.3-1.5 wt.%.

10. The method according to claim 8, characterized in that the anisotropy relative to the pinning force is achieved by doping the applied compound with zirconium, the zirconium content in the superconducting layer being 0.1-0.5 wt.%.

11. The method according to claim 8, characterized in that the anisotropy relative to the pinning force is achieved by doping the applied compound with copper, and the copper content in the superconducting layer is 3-10 wt.%.

12. The method according to claim 8, characterized in that the anisotropy relative to the pinning force is achieved by doping the applied compound with carbon, and the carbon content in the superconducting layer is 0.06-0.24 wt.%.

13. The method according to claim 8, characterized in that the anisotropy relative to the pinning force is achieved by doping the applied compound with nitrogen, and the nitrogen content in the superconducting layer is 0.07-0.21 wt.%.

14. The method according to one of paragraphs. 3-6, characterized in that the compound of niobium stannide with structure A-15 contains phases Nb ₆ Sn ₅ and / or NbSn _n , the compound being applied by currentless transfer from a molten salt in an inert gas atmosphere, and anisotropy with respect to the pinning force is achieved due to Nb ₆ Sn ₅ and / or NbSn _n phases.

15. The method according to one of paragraphs. 7, 8, 14, characterized in that argon, helium or a mixture thereof is used as an inert gas.

16. The method according to one of paragraphs. 1-3, 5, 6, characterized in that the composition is formed of several superconducting layers and several layers with normal conductivity.

17. The method according to p. 1, characterized in that as an insulating oxide dielectric film on the surface of the coils form an amorphous Nb ₂ O ₅ film with a thickness of 0.05-5.0 μm.