Zlepšenie teplotnej stability MgB₂ drôtov s CuNi plášťom a medeným stabilizátorom

Supravodivé materiály, ako je diborid horečnatý (MgB₂), poskytujú obrovský potenciál pre výkonné energetické systémy, prístroje MRI a ďalšie priemyselné aplikácie. Nová štúdia našich kolegov a kolegýň z oddelenia supravodičov na Elektrotechnickom ústave SAV preskúmala, ako pridanie medi do štruktúry MgB₂ drôtov zlepšuje ich tepelnú stabilitu, čo môže byť kľúčové pre bezpečnosť a efektívnosť vysokoprúdových aplikácií.
Výskum porovnával dva typy šesťfilamentových MgB₂ drôtov s vonkajším CuNi plášťom: jeden s jadrom z medi (označený ako W6Cu vpravo) a druhý s jadrom z niobu (W6Nb vľavo). Aj keď majú oba vodiče podobnú konštrukciu, rozdiely v zložení mali významný vplyv na ich výkon. Pri teplote 40 K bol odpor drôtov s medeným jadrom až 14-krát nižší ako u drôtov s niobom, čo naznačuje lepšiu stabilitu a schopnosť efektívne odvádzať teplo. Táto nízka rezistencia bola dosiahnutá vďaka vysokočistej medi, ktorá tvorila približne 6 % prierezu drôtu.
Testovanie prebiehalo v extrémne nízkych teplotách – v tradičnom kvapalnom héliu (4.2 K) a v podchladenom ľade, kde vedci zistili, že drôty W6Cu dokázali dosiahnuť dvojnásobné kritické prúdy v porovnaní s W6Nb, a to najmä vďaka lepšiemu odvodu tepla. Podchladený ľad vynikal aj ako lacnejšia a bezpečnejšia alternatíva k héliu pre efektívne chladenie v aplikáciách s vysokým prúdom.
Vedci tiež merali tzv. „quench power density“ (hustotu výkonu pri prechode do normálneho stavu) pre oba typy drôtov. Pri drôte W6Nb s niobovým jadrom došlo k prechodu do normálneho stavu pri nižších prúdoch, čo viedlo k zvýšenej teplote a potenciálnemu poškodeniu. Naopak, W6Cu so stabilizáciou medi odolal vyšším prúdom bez náhleho zvýšenia teploty, čím dosiahol väčšiu spoľahlivosť a odolnosť pri aplikáciách s vysokým výkonom. Tieto zistenia naznačujú, že kombinácia CuNi a medeného jadra má pozitívny vplyv na stabilitu MgB₂ drôtov, čo môže otvoriť nové možnosti pre použitie v priemyselných zariadeniach.

Pre podrobnejšie informácie nájdete celý článok tu.

Popis obrázka: Supravodivý kábel bez (vľavo) a s (vpravo) meďou.

Autori: M. Búran, P. Kováč, L. Kopera, I. Hušek