С.И. Тютюнников (ЛФВЭ)
ЛФВЭ: В.Н. Шаляпин, В.В. Ефимов, Ю.С. Ковалев, В.А. Артюх, М.Н. Новиков

Исследование влияния облучения на полевую зависимость критического тока ВТСП ленты 2-го поколения нужно для решения двух задач – для измерения радиационной устойчивости (флюэнса, при котором существенно снижается критический ток), и для выяснения возможностей создания методом облучения искусственных центров пиннинга – то есть для увеличения критического тока в магнитных полях. Есть основания полагать, что дефекты структуры сверхпроводника, создаваемые частицами с высокими энергиями, могут не только ухудшать, но и, на начальных этапах, улучшать сверхпроводящие свойства, причем, в задаваемых диапазонах полей и температур.

Структура ВТСП ленты 2-го поколения показана на рисунке 1. У рассматриваемой в отчете ленты следующие параметры: толщина ВТСП слоя 1-2 микрона,  подложка – хастеллой 40 микрон, покрытия – серебро 3 микрона, медь 3-7 микрон, припой ПОС-61 – 5-10 микрон, ширина ленты 4 мм.

Рис. 1. Структура ВТСП ленты 2-го поколения

В 2020 году два образца ВТСП ленты из одной партии ленты производства компании Суперокс были подвергнуты облучению нейтронами с энергией 14.2 МэВ перпендикулярно поверхности. Проведено 2 сеанса облучения с последующими измерениями критических токов в перпендикулярных поверхности ленты полях до 0.1 Тл при температуре 78 К при погружении в жидкий азот.

В первом сеансе первый образец, на графиках (рисунки 2 и 3) его токи обозначены ромбами голубого цвета, был подвергнут облучению 2х10¹¹ нейтронов на см². Второй образец (значения токов – коричевые квадраты на графиках) не подвергался облучению. Результаты измерений критических токов преставлены на рисунке 2. Видно превышение критических токов облученного образца до примерно 10 мТл, и более быстрое снижение от поля выше 70 мТл.

Рис. 2. Полевая зависимость критического тока облученного и не облученного образцов ВТСП ленты при температуре 78 К

Результат второго сеанса облучения представлен на Рисунке 3.

Рис. 3. Полевая зависимость критического тока облученного дважды и облученного один раз образцов ВТСП ленты при температуре 78 К

Во втором сеансе оба образца были облучены флюэнсом 2х10¹¹ нейтронов на см². У первого образца, флюэнс на котором сотавляет 4х10¹¹, критический ток от собственного поля до примерно 20 мТл снизился на несколько процентов. Ток второго образца, теперь с флюэнсом 2х10¹¹, в тех же полях до 20 мТл, наоборот, повысился на те же несколько процентов. А в полях от 70 мТл ток второго образца понизился, и сравнялся с током первого образца, который практически не изменился в этих полях при добавочных 2х10¹¹ быстрых нейтронов на см².

На первый взгляд существует явный эффект от облучения, и необходимо исследовать структуру образцов и дефектов, проводить сеансы облучения с большими флюэнсами, а также меньшими «шагами», разрабатывать физическую модель пиннинга для данного типа и концентрации дефектов. Однако, эффекты подобного масштаба – несколько процентов криттока – могут также быть объяснены неоднородностью ВТСП ленты (сравнение образцов после первого сеанса), повреждениями, полученными при перепайке и термоциклировании в азоте, и в некоторой степени даже условиями измерения – например, уровнем жидкого азота на токовводах. Поэтому считаем необходимым, для проверки и дальнейшего уточнения результатов, в 2021 году:

1. Провести серию облучений нескольких образцов (набрать статистику) одинаковыми флюэнсами, проводя измерение критических токов до и после каждого облучения.
2. Развивать методики измерений как в жидком азоте, так и при других условиях (в том числе очень интересно посмотреть другие температуры и поля, особенно 5-30 К, и поле в несколько Тл под разными углами к поверхности ВТСП).
3. Произвести исследование структуры и дефектов данных двух образцов ВТСП ленты, и образцов с разными флюэнсами в следующих экспериментах.
4. Разработать физмат модель и произвести расчеты ожидаемого изменения критического тока при таких облучениях.
5. Рассмотреть возможность облучения с более высокими флюэнсами, и не только быстрыми нейтронами с различной энергией, но и заряженными частицами. От энергии и заряда зависит размер создаваемых дефектов, что может помочь «усилить пиннинг» в определенных, задаваемых, диапазонах полей и температур.

            Перспективы данного исследования – разработка ВТСП ленты с искусственными центрами пиннинга для создания магнитов ускорителей частиц и других установок, работающих на жидком азоте или неоне; создание магнитов для устройств, работающих в условиях облучения быстрыми нейтронами и заряженными частицами – ускорителей частиц, устройств термоядерного синтеза, магнитов для космического применения – разработка их защиты от радиации. Заинтересованные организации и возможные партнеры – на данный момент могут быть Суперокс, МИФИ, Курчатовский институт.