Отзыв оппонента 2 (Влияние технологических и эксплуатационных факторов на характеристики сверхпроводящих токонесущих элементов для катушек тороидального поля магнитной системы ИТЭР)

Отзыв официального оппонента на диссертационную работу Каверина Дениса Сергеевича «Влияние технологических и эксплуатационных факторов на характеристики сверхпроводящих токонесущих элементов для катушек тороидального поля магнитной системы ИТЭР», представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.09.02— электротехнические материалы и изделия Актуальность работы Нет сомнений, что рано или поздно устройства на основе высокотемпературных сверхпроводников 1ВТСП) завоюют рынок и вытеснят низкотемпературные сверхпроводники «НТСП), весь вопрос в масштабе времени до реализации этого.

Неприемлемая цена и конструкция в виде тонких лент толщиной 10,1-0,2) мм затрудняет их кабельный передел с соблюдением необходимой транспозиции и не позволяют пока использование ВТСП в мегаустановках масштаба ИТЭР. Для ИТЭРа уже изготовлено большое количество проводников типа «кабель-в-оболочке», представляющего собой скрутку из множества медных (522) и ниобий-оловянных сверхпроводящих проводов 1900), затянутых в оболочку из нержавеющей стали. При рабочем токе 68 кА в магнитном поле 12 Тл скругка подвергается огромной силе Лоренца порядка 1ООкг на 1м сверхпроводящего провода в скрутке. ИТЭР рассчитан на 10000 рабочих циклов, поэтому, предварительно необходимо проверить на коротких кусках порядка шага последнего скручивания кабеля 4,5м влияние эксплуатационных нагрузок, имитирующих рабочий режим, на характеристики проводника.

Диссертационная работа Каверина Д.С. посвящена исследованию этого влияния и обладает безусловной актуальностью и практической ценностью. Диссертационная работа Д.С. Каверина состоит из введения, 5 глав и заключения, списка цитируемой литературы из 153 наименований. Во введении обосновывается актуальность работы, приводятся цели и задачи работы. В первой главе приведен литературный обзор„в котором описаны основные виды сверхпроводящих проводов, применяемых для крупных исследовательских установок и кабели, изготавливаемые на основе этих проводов. Приведены основные требования предъявляемы к кабелям, проводникам и их компонентам, сформулированы задачи исследования. Во второй главе описаны установки для измерения механических параметров кабеля, измерения относительного оста~очного сопротивления проводов (Й.КЙ.) и подготовки поверхности образцов для исследования на лазерном сканирующем микроскопе.

Третья глава посвящена изучению появления дефектов в структуре сверхпроводящих проводов в результате электромагнитного циклирования проводников, имитирующего рабочий режим магнитной системы ИТЭР. В этой главе описан разработанный автором способ подготовки поверхности проводов для анализа дефектов сверхпроводящих волокон в МЬзЯп проводах. Описаны оригинальные методики для подсчета количественных характеристик сверхпроводящих проводов (трещины/разрывы сверхпроводящих волокон, поры в бронзовой матрице).

По результатам исследований показано, что значительная часть дефектов наблюдается в проводах, находящихся в непосредственной близости от оболочки проводника, а тепловое циклирование не влияет на образование дефектов в структуре проводов. В завершении главы по результатам сравнительных исследований сделан вывод о том, что более высокая стабильность российских проводников может быть связана с меньшим повреждением сверхпроводящих волокон.

Четвертая глава относится к изучению одного из важных параметров сверхпроводящих проводов, отвечающего за стабильность магнитной системы в целом — относительного остаточного сопротивления (ККК). Проведены измерения ККК на проводах, отобранных как в стадии изготовления проводника, так и после его испытаний. Показано, что после испытаний проводников, имитирующих рабочий режим магнитной системы ИТЭР„среднее значение ККК оста6тся выше требований, что обеспечивает заданный уровень тепловой стабильности проводников. В пятой главе приведена математическая модель вращения кабеля при затягивании в оболочку, с последующим увеличением шага скрутки по всей длине.

Показаны результаты экспериментов на коротком образце кабеля. Предложены способы компенсации эффекта раскручивания. Научная новизна результатов исследования В холе проведения исследований получены новые научные результаты: 1. Получены данные о морфологии и расположении дефектов в волокнах сверхпроводящих проводов по поперечному сечению российских проводников после испытаний, имитирующих условия работы. 2. Разработаны программы для количественного анализа дефектов сверхпроводящих волокон и других компонентов МЬзБп провода. 3. Экспериментальным путем получена зависимость деградации ККК МЬ1$п проводов на всем протяжении изготовления проводников.

4. Впервые в мире проведены измерения ККК на ХЬзЯп проводах, отобранных из проводника типа кабель в оболочке, прошедшего электромагнитные испытания. 5. Разработана математическая модель затягивания кабеля в оболочку. 6. Разработаны способы компенсации эффекта раскручивания кабеля. Практическая значимость Результаты работы могут бьггь использованы для проектирования новых магнитных систем, основным элементом которых являются токонесущие элементы типа кабель в оболочке. Обоснованность и достоверность Достоверность основных выводов подтверждается точностью методик измерений и проведением перекрестных испытаний, а также высокой сходимостыо разработанных математических моделей и экспериментальных результатов. Апробация результатов работы По теме диссертации опубликовано 8 работ, в том числе 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Результаты работы докладывались на ведущих национальных и международных конференциях. Основные результаты диссертационной работы В результате проведенных автором исследований получены данные о количестве дефектов, образующихся в волокнах сверхпроводящих МЬ;Яп проводов после 1000 циклов электромагнитного нагружения в зависимости от их расположения в поперечном сечении проводника и относительно приложенного магнитного поля. Показано, что тепловое циклирование не приводит к образованию трещин в волокнах сверхпроводящих проводов. По результатам сравнительных исследований показано, что отсутствие деградации российских проводников связано с меньшим разрушением сверхпроводящих проводов во время испытаний проводников.

По результатам измерений ККК показано, что после 1000 циклов электромагнитного нагружения среднее значение ККК по поперечному сечению проводника даже в самой нагруженной зоне остается выше ! 00 единиц. Разработана математическая модель раскручивания кабеля и предложены способы снижения этого эффекта. Расчетные и экспериментальные зависимости имеют высокую сходимость. Замечания по диссертационной работе При переходе в нормальное состояние сверхкритический гелий превращается в газ и условие стабильности 113) перестает выполняться. Дальше действует ограничение нагрева горячего пятна кабеля в месте зарождения нормальной зоны до 150 К за установленное время вывода магнитной энергии из катушек тороидального поля в 17 с. Поэтому условие стабильности необходимо заменить на уравнение теплового баланса между джоулевой генерацией и нагревом проводника до 150 К за время вывода.

Именно из этих соображений подбирается количество и качество меди в кабеле. — Одно из наиболее интересных явлений, описанных в диссертации, это повышение критической температуры перераспределения тока ( Т,,) российского проводника тороидальной магнитной системы ИТЭР после первого электромагнитного нагружения на установке Султан. Объяснение этого эффекта близостью к эффекту тренировки сверхпроводящих обмоток, имеющего механическое происхождение и связанное со скачкообразным движением витков в обмотке, не представляется удовлетворительным. Почему проводники производителей из других стран с точно такой же конструкцией ведут себя совершенно по-другому, показывая постоянную деградацию Т„, в процессе электромагнитного и теплового циклирования". Или они все-таки чем-то отличаются от российского проводника' ? — Судя по эпюре магнитного поля по сечению кабеля, в Султане существует градиент магнитного поля. Кроме того, присутствует большой продольный градиент поля: падение поля на длине 1,2 м от 10,8 Тл до 1 Тл.

Под действием сил Лоренца в кабеле при работе на Султане возникают комбинации областей растяжения и сжатия в волокнах ХЬ;Яп. В условиях обмотки изменения магнитного поля вдоль длины проводника пренебрежительны по сравнению с установкой Султан. Возникает вопрос, являются ли изменения в Т„свойством циклнрования на Султане и возможно ли такое явление в реальной обмотке? В третьей главе при наборе большой статистики выделены четыре основных, наиболее часто встречаемых вида дефектов волокон ХЬзБп, но не сказано как они могут повлиять на основные характеристики кабеля: критическую температуру, критический ток, параметр резистивности перехода ~п).

— В пятой главе при теоретическом определении шага скрутки вдоль кабеля после затягивания в оболочку вводится безразмерный параметр А, учитывающий механические и конструкционные характеристики кабеля. Фактически А определяется как квадратный корень из относительной деформации, отсчитываемый от единицы. Зачем была выбрана такая форма? Какой в этом либо физический, либо математический смысл' ? Заключение Несмотря на замечания, диссертация Каверина Дениса Сергеевича «Влияние технологических и эксплуатационных факторов на характеристики сверхпроводящих токонесущих элементов для катушек тороидального поля магнитной системы ИТЭР» представляет собой завершенную научно- квалификационную работу, выполненную автором на высоком научном уровне.

Полученные автором результаты являются актуальными, новыми, обоснованными и достоверными. Автореферат изложен четко и полностью соответствует диссертации. Диссертационная работа соответствует требованиям положения о порядке присуждения ученых степеней ВАК РФ, а ее автор, Каверин Денис Сергеевич, заслуживает присуждения ученой степени кандидата технических наук по специальность 05.09.02 «Электротехнические материалы и изделия».

Круглов Сергей Леонидович « "Ь» <.'~ 2016 д.т.н. по специальности 01.04.07. — Физика конденсированного состояния Ведущий научный сотрудник Курчатовского комплекса НБИКС-технологий НИЦ «Курчатовский институт» е-пза11: К го«Ьъ — а1(а,';:, <п<1ех.гц Тел. +8(499)196-65-74 (71-71) Подпись сотрудника НИЦ «Курчатовский институт» Круглова С.Л. заверяю Главный ученый секретарь НИЦ «Курчатовский инсти СЛО. Стремоухов Адрес: Федеральное государств «Национальныи исследовательский центр «Курчатовский институт» (НИЦ «Курчатовский институт») 123182, Россия, г. Москва„пл.

Академика Курчатова, д.1 Телефон: +7(499)196-95-39 е-пза)1: пгсЫфпгсЫ.ги .