Статья
Анализ эффективности бериллия как материала для криогенных тоководов
Ю. Л. Буянов
Объединённый институт высоких температур РАН, ул. Ижорская, 13, 125412, Москва, Россия
e-mail: ybuyanov@yandex.ru
Н. Н. Балашов
Объединённый институт высоких температур РАН, ул. Ижорская, 13, 125412, Москва, Россия
УДК 538.945
Аннотация
Расчётным путём в диапазоне 77–300К определены средние значения удельного электросопротивления и коэффициента теплопроводности бериллия промышленной чистоты в сравнении с параметрами меди аналогичной чистоты. При всех сложностях технологии изготовления различных криогенных токонесущих элементов из бериллия (проводов для обмоток криогенных магнитов и токовводов), связанных с его механическими свойствами — в частности, намного меньшей пластичностью, чем у меди, необходимости обеспечения высокой чистоты металлы и принятия специальных мер безопасности, вызванных его токсичностью, бериллий является перспективным материалом как для криогенных магнитов, так и для токовводов ВТСП магнитов. Установлено, что при использовании бериллия оптимальная площадь токопроводящего сечения в 1.5 раза больше, чем у медного аналога, однако общая масса токоввода оказывается в три раза меньше. Данный результат обосновывает преимущество применения бериллия в криогенных устройствах, где минимизация весовых характеристик является приоритетной задачей, то есть в различных ВТСП магнитах, устанавливаемых на космических аппаратах — например, магнитах детекторов заряженных частиц и электрических ракетных двигателей, а также и авиационных криогенных электрических машинах с ВТСП обмотками.
Ключевые слова: криогенные тоководы; токовводы из бериллия; расчёт токовводов.
Литература
[1] P. Burnier, J. Bonmarin. Utilisation du beryllium comme conducteur electrique. Патент Франции: FR 1382328A. Заявл.11.08.1963, опубл. 12.18.1964;
[2] P. Burnier, J. Bonmarin. Liquid nitrogen cooled beryllium superconductor. Патент США: US 3301937A заявл. 02.11.1964, опубл. 31.01.1967.
[3] Г.Е. Плетенецкий, И.И. Папиров, А.А. Николаенко, Ю.В. Тузов. Изучение бериллиевых криопроводников. Вопросы атомной науки и техники (ВАНТ). Сер. Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение 4, 16 (2012). №4 (80).
[4] S. Kumar, A. Kumar Barnwal, P. Poddar. Study of electrical resistivity of beryllium . J. Pure Appl. and Ind. Phys. 3, 188 (2013).
[5] R.A. Matula. Electrical resistivity of copper, gold, palladium and silver . J. Phys. Chem. Ref. Data 8, 1147 (1979).
[6] Ю.Л. Буянов. Соединение токовводов с высокотемпературными сверхпроводниками. Электричество 4, 19 (2012).
[7] Г.К. Уайт, Экспериментальная техника в физике низких температур / пер. с англ. под ред. А.И. Шальникова. М.: – ГИФМЛ, 1961.
[8] M.A. Mitchell. Electrical resistivity of beryllium . Journal of Applied Physics 46, 4742 (1975).
[9] T.C. Chi. Electrical resistivity of alkaline earth elements. J. Phhys. Chem. Ref. data 8, 439 (1979).
[10] R. Reich, V.Q. Kinch, J. Bonmarin. Study of resistivity of вeryllium samples of different purities as a function of temperature and determination of Debye temperatures of this metal. Comptes Rendus des Seances de l’Academie des Sciences 256, 5558 (1963).
[11] R.L. Powell, H.M. Roder, W.M. Rogers. Low-temperature thermal conductivity of some commercial coppers. J. of Applied Physics 18, 1282 (1957).
[12] Y. Chen, G. Pang, F. Meng, W. Li. Origin of high lattice thermal conductivity of beryllium among the elemental metals . Physical Review B 109, 1 (2024).