Ученые Росатома создали российскую технологию производства листов из высокочистого ниобия

Этот материал используется как основа для изготовления сверхпроводящих резонаторов – устройств, создающих электрическое поле для ускорения элементарных заряженных частиц: протонов, ионов и электронов. Именно ускорители частиц являются основным инструментом учёных в современной экспериментальной физике. Технологии на базе сверхпроводящих резонаторов заложены в основу исследовательских установок крупнейших научных проектов класса mega science, таких как FCC (ЦЕРН, Швейцария), CEPC (Китай), ILC (Япония), MYRRHA (Бельгия), NICA (Дубна, Россия), XFEL (Германия, с участием России).

Несмотря на то, что Росатом обладал доказанными компетенциями в изготовлении сверхпроводников на уровне мировых лидеров, до настоящего времени в России отсутствовало производство исходного материала – листов из высокочистого ниобия – такой технологией владели лишь несколько компаний в мире из Японии, США, Китая и Евросоюза.

— Топливная компания Росатома «ТВЭЛ» расширила линейку инновационных продуктов мирового уровня и готова обеспечить продукцией из высокочистого ниобия научные проекты класса mega science. Это достижение укрепляет не только технологический суверенитет России в проведении научных исследований, но и экспортный потенциал. В частности, интерес к нашему резонаторному ниобию проявляют ученые из Азиатского региона для создания собственного прототипа сверхпроводящего линейного ускорителя частиц нового типа, — отметил старший вице-президент по научно-технической деятельности АО «ТВЭЛ» Александр Угрюмов.

Инициатором и заказчиком новой разработки выступил Блок научно-технической деятельности АО «ТВЭЛ» (департамент по научно-технической деятельности неядерных производств). Идея создания собственной российской технологии изготовления материалов из сверхчистого ниобия впервые возникла в результате многолетнего научного сотрудничества Топливной компании ТВЭЛ с Европейским Центром Ядерных Исследований (ЦЕРН, Швейцария) в разработке сверхпроводящих ниобий-оловянных стрендов для ускорителей частиц. В качестве исходных требований к листам из ниобия была использована спецификация ЦЕРН, соответствующая самым высоким показателям для подобных материалов, достигнутых в мире на сегодняшний день.

Так, в ходе разработки требовалось получить на листах коэффициент остаточного электросопротивления RRR более 300. RRR является интегральным показателем чистоты и качества материала, работающего при температурах жидкого гелия 4,2К. Кроме того, работа должна была быть выполнена применительно к существующему оборудованию АО ЧМЗ (получение слитков ниобия методом многократного электронно-лучевого переплава) и АО «ВНИИНМ» (получение листа). В ходе НИОКР на ЧМЗ была изготовлена опытная партия слитков ниобия диаметром 135-145 мм и общей массой более 300 кг, достигнут RRR более 400, что существенно превышало значение, полученное на слитках ниобия по штатной технологии.

В АО «ВНИИНМ» из слитков была изготовлена квалификационная партия ниобиевых листов размерами 2х200х300 мм в количестве 50 штук с RRR более 300 и получены другие требуемые характеристики: размер зерна, механические свойства, химический состав, шероховатость поверхности, отсутствие несплошностей. Также в ходе НИОКР был доработан комплект технологических инструкций АО ЧМЗ, методики измерений, проведена их аттестация, разработаны технические условия. По итогам работы было создано несколько РИД (результаты интеллектуальной деятельности), оформлен патент и ряд ноу-хау.