Les ingénieurs améliorent les performances des fils supraconducteurs à haute température – Technoguide

Les chercheurs de la Florida State University ont découvert une nouvelle façon d’améliorer les performances des fils électriques utilisés comme supraconducteurs à haute température (HTS), découvertes qui ont le potentiel d’alimenter une nouvelle génération d’accélérateurs de particules.

Une image de Bi-2212, fils supraconducteurs à base de bismuth. (Mark Wallheiser / FAMU-FSU College of Engineering) Les chercheurs ont utilisé la microscopie électronique à balayage haute résolution pour comprendre comment les méthodes de traitement influencent les grains dans les fils supraconducteurs à base de bismuth (connus sous le nom de Bi-2212). Ces grains forment les structures sous-jacentes des supraconducteurs à haute température, et les scientifiques observant les grains Bi-2212 à l’échelle atomique ont optimisé avec succès leur alignement dans un processus qui rend le matériau plus efficace pour transporter un courant supraconducteur, ou supracourant. Leurs travaux ont été publiés dans la revue Superconductor Science and Technology.

Les chercheurs ont découvert que les grains individuels avaient une longue forme rectangulaire, avec leur côté le plus long pointant le long du même axe que le fil – une texture dite biaxiale. Ils sont disposés selon un motif circulaire suivant le trajet du fil, de sorte que l’orientation n’est apparente qu’à très petite échelle. Ces deux propriétés réunies confèrent aux grains Bi-2212 une texture quasi biaxiale, ce qui s’est avéré être une configuration idéale pour l’écoulement à surintensité.

«En comprenant comment optimiser la structure de ces grains, nous pouvons fabriquer les fils ronds HTS qui transportent des courants plus élevés de la manière la plus efficace», a déclaré Abiola Temidayo Oloye, doctorante au FAMU-FSU College of Engineering, chercheuse à la National High Magnetic Field Laboratory (MagLab) et auteur principal de l’article.

Les supraconducteurs, contrairement aux conducteurs conventionnels tels que le cuivre, peuvent transporter l’électricité avec une efficacité parfaite car les électrons ne rencontrent aucun frottement lorsqu’ils se déplacent dans le fil supraconducteur. Les fils Bi-2212 appartiennent à une nouvelle génération de supraconducteurs à champ élevé pour la construction d’aimants supraconducteurs, qui sont des outils cruciaux pour la recherche scientifique dans les laboratoires du monde entier, y compris le Laboratoire national des champs magnétiques élevés où l’équipe de chercheurs a mené ses expériences.

Les supraconducteurs à haute température comme le Bi-2212 peuvent conduire le courant à des champs magnétiques beaucoup plus élevés que les supraconducteurs à basse température (LTS) et sont un élément clé de la conception d’accélérateurs de particules encore plus puissants au grand collisionneur de hadrons de l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire. (CERN).

«Nous avons optimisé les fils ronds Bi-2212 pour transporter plus de courant, tout en gardant à l’esprit la différence d’échelle entre le laboratoire et le fabricant», a déclaré Oloye. «Le processus que nous développons en laboratoire doit évoluer au niveau de la fabrication pour que la technologie soit commercialement viable et nous avons pu le faire dans l’étude.

Des travaux antérieurs de Fumitake Kametani, professeur agrégé de génie mécanique au FAMU-FSU College of Engineering, chercheur MagLab et chercheur principal pour l’étude, ont montré l’importance de la texture quasi-biaxiale dans les fils ronds Bi-2212 pour les courants. Cet article a poursuivi la prémisse et a démontré les facteurs nécessaires pour obtenir une texture quasi-biaxiale optimale.

“La caractérisation microstructurale utilisée est unique dans l’analyse de la structure cristalline des fils ronds Bi-2212”, a déclaré Kametani. “La technique est généralement utilisée pour analyser les métaux et les alliages, et nous l’avons adaptée pour développer de nouvelles méthodes de préparation d’échantillons afin de poursuivre l’optimisation. des technologies de fil Bi-2212 HTS. “

L’objectif global est de pouvoir utiliser des fils ronds Bi-2212 dans les futures applications d’aimants à champ élevé.

“Comme il s’agit du seul supraconducteur à haute température disponible sous forme de fil rond, le matériau peut plus facilement remplacer les technologies existantes en utilisant des fils LTS fabriqués à partir d’autres matériaux”, a déclaré Oloye. “D’autres HTS tels que REBCO et Bi-2223 ne sont disponibles que sous forme de ruban, ce qui ajoute une couche de complexité à la conception des aimants.”

Des chercheurs du Laboratoire national des champs magnétiques élevés du siège de la FSU et du CERN ont contribué à cette recherche.

Le travail a été financé et soutenu par le Département américain de l’énergie, la National Science Foundation et l’État de Floride.

Source de l’histoire:

Matériel fourni par la Florida State University. Original écrit par Trisha Radulovich. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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