npeЯдерная физика и инжинирингNuclear Physics and Engineering2079-56292079-5637МИФИ10.56304/S2079562922050013npe-147Research ArticleПерспективные конструкционные материалыPromising Structural MaterialsВлияние облучения протонами на критические параметры ВТСП композитовInfluence of Proton Irradiation on the Critical Parameters of HTS CompositesАбинД. А.AbinD. A.

Москва, 115409

Moscow, 115409

dima_abin@mail.ruОсиповМ. А.OsipovM. A.

Москва, 115409

Moscow, 115409

СтариковскийА. С.StarikovskiiA. S.

Москва, 115409

Moscow, 115409

РудневИ. А.RudnevI. A.

Москва, 115409

Moscow, 115409

СтолбуновВ. С.StolbunovV. S.

Москва, 123182 

Moscow, 123182 

КулевойТ. В.KulevoyT. V.

Москва, 123182 

Moscow, 123182 

ФединП. А.FedinP. A.

Москва, 123182 

Moscow, 123182 

Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ”РоссияNational Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering Physics Institute)Russian FederationНациональный исследовательский центр “Курчатовский институт”РоссияNational Research Centre “Kurchatov Institute”Russian Federation202331122023144321329Copyright © Абин Д.А., Осипов М.А., Стариковский А.С., Руднев И.А., Столбунов В.С., Кулевой Т.В., Федин П.А., 20232023Абин Д.А., Осипов М.А., Стариковский А.С., Руднев И.А., Столбунов В.С., Кулевой Т.В., Федин П.А.Abin D.A., Osipov M.A., Starikovskii A.S., Rudnev I.A., Stolbunov V.S., Kulevoy T.V., Fedin P.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://npe.elpub.ru/jour/article/view/147

Высокотемпературные сверхпроводящие (ВТСП) композитные ленты второго поколения – перспективные материалы для разработки источников высоких магнитных полей, в том числе для ускорителей и токамаков, где сверхпроводники могут подвергаться длительному воздействию радиационного излучения. Такое воздействие приводит к появлению дефектов в сверхпроводниках, наличие которых может приводить как к снижению токонесущей способности ВТСП вследствие деградации сверхпроводящего слоя, так и к увеличению, вследствие образования дополнительных центров пиннинга для вихрей магнитного поля. В данной работе было проведено моделирование процессов дефектообразования при облучении протонами с энергией Е = 6–20 МэВ как одиночной ленты, так и стопки из 10 ВТСП лент. Полученные результаты были проверены экспериментально при облучении стопки из 10 ВТСП лент протонами с энергией E = 6 МэВ и флюенсом до 5 ⋅ 1015 см–2. Для экспериментальных исследований использовалась промышленная ВТСП лента SuperOx с двусторонним медным покрытием толщиной 20 мкм. Показано, что для облучения протонами с энергией E = 6 МэВ, излучение практически не проходит сквозь одиночную ленту, что подтверждается тем фактом, что критический ток сверхпроводника падает только в первом слое стопки ВТСП-лент, а величина критической температуры для этого слоя отличается менее чем на 0.5% по сравнению с необлучённой лентой. Сделан вывод, что в реальных системах ВТСП-ленты могут быть легко защищены от излучения с энергией Е = 6 МэВ, но при увеличении энергии требуется более сложная конструкция защиты.

High-temperature superconducting (HTS) 2G composite tapes are promising materials for the development of sources of high magnetic fields, including for accelerators and tokamaks, where superconductors can be exposed to radiation for a long time. Such an impact leads to the appearance of defects in superconductors, the presence of which can lead both to a decrease in the current-carrying capacity of the HTS due to the degradation of the superconducting layer, and to an increase due to the formation of additional pinning centers for magnetic field vortices. In this work, we simulated the processes of defect formation during irradiation with protons with energy E = 6–20 MeV of both a single tape and a stack of 10 HTS tapes. The results obtained were verified experimentally by irradiating a stack of 10 HTS tapes with protons with an energy of E = 6 MeV and a fluence of up to 5 × 1015 cm–2. For experimental studies, an industrial SuperOx HTS tape with a double-sided copper coating 20 μm thick was used. It is shown that for irradiation with protons with energy E = 6 MeV, the radiation practically does not pass through a single tape, which is confirmed by the fact that the critical current of the superconductor drops only in the first layer of a stack of HTS tapes, and the value of the critical temperature for this layer differs by less than by 0.5% compared to the non-irradiated tape. It is concluded that in real systems HTS tapes can be easily protected from radiation with an energy of E = 6 MeV, but as the energy increases, a more complex protection design is required.

ВТСП лентаоблучение протонамикритический токкритическая температурасверхпроводимостьрадиационная стойкость ВТСП-лентHTS tapeproton irradiationcritical currentcritical temperaturesuperconductivityradiation resistance of HTS tapesРабота выполнена в рамках Госзадания на НИР (проект FSWU-2020-0035) при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ (Д.А. Абин, М.А. Осипов), а также при частичной финансовой поддержке Российской Федерацией в лице Министерства науки и высшего образования Российской Федерации, Соглашение № 075-15-2021-1352 (И.А. Руднев, А.С. Стариковский)ReferencesColucci S.L., Weinstock H., Suenaga M. // J. Appl. Phys. 1977. V. 48 (2). P. 837–838.Colucci S.L., Weinstock H., Suenaga M. // J. Appl. Phys. 1977. V. 48 (2). P. 837–838.Fähnle M., Kronmüller H. // J. Nucl. Mater. 1978. V. 72 (1–2). P. 249–255.Fähnle M., Kronmüller H. // J. Nucl. Mater. 1978. V. 72 (1–2). P. 249–255.Trappeniers L. et al. // Phys. C (Amsterdam, Neth.). 1999. V. 313 (1–2). P. 1–10.Trappeniers L. et al. // Phys. C (Amsterdam, Neth.). 1999. V. 313 (1–2). P. 1–10.Paulius L. et al. // Phys. Rev. B. 1997. V. 56 (2). P. 913–924.Paulius L. et al. // Phys. Rev. B. 1997. V. 56 (2). P. 913–924.Rudnev I. et al. // IEEE Trans. Appl. Supercond. 2022. V. 32 (4). P. 1–5.Rudnev I. et al. // IEEE Trans. Appl. Supercond. 2022. V. 32 (4). P. 1–5.Civale L. et al. // Phys. Rev. Lett. 1991. V. 67 (5). P. 648–651.Civale L. et al. // Phys. Rev. Lett. 1991. V. 67 (5). P. 648–651.Kirk M.A., Yan Y. // Micron. 1999. V. 30 (5). P. 507–526.Kirk M.A., Yan Y. // Micron. 1999. V. 30 (5). P. 507–526.Jia Y. et al. // Appl. Phys. Lett. 2013. V. 103 (12). P. 122601.Jia Y. et al. // Appl. Phys. Lett. 2013. V. 103 (12). P. 122601.Haberkorn N. et al. // Supercond. Sci. Technol. 2015. V. 28 (12). P. 125007.Haberkorn N. et al. // Supercond. Sci. Technol. 2015. V. 28 (12). P. 125007.Choi W.J. et al. // Sci. Rep. 2020. V. 10 (1). P. 1–12.Choi W.J. et al. // Sci. Rep. 2020. V. 10 (1). P. 1–12.Rudnev I.A., Odintsov D.S., Kashurnikov V.A. // Phys. Lett. A. 2008. V. 372 (21). P. 3934–3936.Rudnev I.A., Odintsov D.S., Kashurnikov V.A. // Phys. Lett. A. 2008. V. 372 (21). P. 3934–3936.Rudnev I.A., Odintsov D.S., Kashurnikov V.A. // Bull. Rus. Acad. Sci.: Phys. 2007. V. 71 (8). P. 1086–1088.Rudnev I.A., Odintsov D.S., Kashurnikov V.A. // Bull. Rus. Acad. Sci.: Phys. 2007. V. 71 (8). P. 1086–1088.Елесин В.Ф., Руднев И.А. // Сверхпроводимость: физика, химия, техника. 1991. Т. 4 (11). С. 2055–2071.Елесин В.Ф., Руднев И.А. // Сверхпроводимость: физика, химия, техника. 1991. Т. 4 (11). С. 2055–2071.Елесин В.Ф., Есин И.А., Руднев И.А. // Сверхпроводимость: физика, химия, техника. 1993. Т. 6 (4). С. 807–822.Елесин В.Ф., Есин И.А., Руднев И.А. // Сверхпроводимость: физика, химия, техника. 1993. Т. 6 (4). С. 807–822.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.