النيوبيوم والتيتانيوم

النيوبيوم والتيتانيوم ( Nb-Ti ) عبارة عن سبيكة قابلة للطرق من النيوبيوم والتيتانيوم ، وتستخدم صناعيا كسلك موصل فائق من النوع الثاني للمغناطيسات فائقة التوصيل ، وعادة ما تكون على شكل ألياف Nb-Ti في مصفوفة من الألومنيوم أو النحاس.

تبلغ درجة حرارتها الحرجة حوالي 10 كلفن . [ 1 ]

تم اكتشاف المجال المغناطيسي الحرج العالي وكثافة التيار الفائق الحرج العالية لسبائك النيوبيوم والتيتانيوم في عام 1962 في شركة أتوميكس إنترناشونال على يد تي. جي. بيرلينكورت وآر. آر. هاك. [ 2 ] [ 3 ] وتتميز سبائك النيوبيوم والتيتانيوم بسهولة تشكيلها وانخفاض تكلفتها، مما يميزها عن المواد فائقة التوصيل الأخرى.

تتمتع سبائك النيوبيوم والتيتانيوم بمجال مغناطيسي حرج أقصى يبلغ حوالي 15 تسلا، ولذلك فهي مناسبة لتصنيع المغناطيسات الفائقة القادرة على توليد مجالات مغناطيسية تصل إلى حوالي 10 تسلا. أما بالنسبة للمجالات المغناطيسية الأقوى، فتُستخدم عادةً موصلات فائقة الأداء، مثل النيوبيوم والقصدير ، إلا أن تصنيعها أكثر صعوبة وبالتالي أكثر تكلفة.

بلغت قيمة سوق الموصلية الفائقة العالمية حوالي خمسة مليارات يورو في عام 2014. [ 4 ] شكلت أنظمة التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI)، والتي يستخدم معظمها Nb-Ti، حوالي 80٪ من إجمالي قيمة السوق.

الاستخدامات البارزة

المغناطيسات فائقة التوصيل

تحتوي غرفة الفقاعات في مختبر أرغون الوطني على مغناطيس من النيوبيوم والتيتانيوم بقطر 4.8 متر، والذي ينتج مجالًا مغناطيسيًا بقوة 1.8 تسلا. [ 5 ]

استُخدم حوالي 1000 مغناطيس فائق التوصيل من نوع Nb-Ti في الحلقة الرئيسية لمسرّع تيفاترون في مختبر فيرميلاب ، والتي يبلغ طولها 4 أميال. [ 6 ] لُفّت هذه المغناطيسات بـ 50 طنًا من كابلات النحاس، تحتوي على 17 طنًا من خيوط Nb-Ti. [ 7 ] تعمل هذه المغناطيسات عند درجة حرارة 4.5 كلفن، وتولّد مجالات مغناطيسية تصل إلى 4.5 تسلا.

1999: يستخدم مصادم الأيونات الثقيلة النسبية 1740 مغناطيسًا من نوع Nb-Ti SC بقوة 3.45 تسلا لثني الحزم في  حلقة التخزين المزدوجة التي يبلغ طولها 3.8 كيلومتر. [ 8 ]

في مسرع الجسيمات الكبير هادرون كوليدر ، تحتوي المغناطيسات على 1200 طن من كابلات Nb-Ti، [ 9 ] منها 470 طن من Nb-Ti [ 10 ] والباقي من النحاس، ويتم تبريدها إلى 1.9 كلفن للسماح بالتشغيل الآمن للمجالات التي تصل إلى 8.3 تسلا.

أسلاك من النيوبيوم والتيتانيوم تخرج من مغناطيس ثنائي القطب في مصادم الهادرونات الكبير.

تم بناء ملفات مغناطيسية فائقة التوصيل من النيوبيوم والتيتانيوم (مبردة بالهيليوم السائل) لاستخدامها في مهمة مطياف ألفا المغناطيسي في محطة الفضاء الدولية . وقد تم استبدالها لاحقًا بمغناطيسات غير فائقة التوصيل.

يستخدم مفاعل الاندماج التجريبي ITER النيوبيوم والتيتانيوم في ملفات المجال الحلقي. في عام 2008، حقق ملف اختبار تشغيلًا مستقرًا عند 52 كيلو أمبير و6.4 تسلا. [ 11 ]

يستخدم جهاز Wendelstein 7-X النجمي مادة Nb-Ti لمغناطيساته، والتي يتم تبريدها إلى 4 كلفن لإنشاء مجال مغناطيسي بقوة 3 تسلا.

يستخدم قطار SCMaglev مادة النيوبيوم والتيتانيوم في المغناطيسات الموجودة على متن القطارات. ويحمل قطار يستخدم هذه التقنية حاليًا الرقم القياسي العالمي لسرعة القطارات، حيث تبلغ سرعته 603 كم/ساعة. وسيتم تشغيله على خط تشوو شينكانسن ، لتوفير خدمة نقل الركاب بين طوكيو وناغويا وأوساكا بسرعة تشغيل قصوى مخططة تبلغ 505 كم/ساعة. ويجري العمل حاليًا على إنشاء خط طوكيو-ناغويا، ومن المقرر افتتاحه في عام 2035. [ 12 ]

انظر أيضاً

للمزيد من القراءة

مراجع

  1. شاريفولين، ز. (مايو 2006). "قياسات نسبة المقاومة المتبقية (RRR) لخيوط كابلات NbTi فائقة التوصيل في مصادم الهادرونات الكبير" . معاملات IEEE في مجال الموصلية الفائقة التطبيقية . 16 (2): 1188-1191 . Bibcode : 2006ITAS...16.1188C . doi : 10.1109/TASC.2006.873322 . S2CID 38953248 . 
  2. تي جي بيرلينكورت و آر آر هاك (1962). "دراسات المجال المغناطيسي النبضي لسبائك المعادن الانتقالية فائقة التوصيل عند كثافات تيار عالية ومنخفضة". نشرة الجمعية الفيزيائية الأمريكية 2 (7): 408.
  3. تي جي بيرلينكورت (1987). "ظهور النيوبيوم والتيتانيوم كمادة مغناطيسية فائقة" . علم التبريد . 27 (6): 283. Bibcode : 1987Cryo...27..283B . doi : 10.1016/0011-2275(87)90057-9 .
  4. "كونيكتوس - السوق" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 11 أغسطس 2014. تم الاطلاع عليه بتاريخ 17 مايو 2015 .
  5. "المغناطيسات فائقة التوصيل" . هايبرفيزيكس . تم الاطلاع عليه بتاريخ 4 يناير 2019 .
  6. ر. سكانلان (مايو 1986). "دراسة استقصائية للمواد فائقة التوصيل ذات المجال العالي لمغناطيسات المسرعات" (ملف PDF) . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 30 أغسطس 2011. تم الاطلاع عليه بتاريخ 30 أغسطس 2011 .
  7. روبرت ر. ويلسون (1978). "جهاز تيفاترون" (ملف PDF) . مختبر فيرمي . تم الاطلاع عليه بتاريخ 4 يناير 2019 .
  8. "RHIC" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 2011-06-07 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2009-12-07 .
  9. لوسيو روسي (22 فبراير 2010). "الموصلية الفائقة: دورها ونجاحها وتحدياتها في مصادم الهادرونات الكبير في سيرن" . علم وتكنولوجيا الموصلات الفائقة . 23 (3) 034001. Bibcode : 2010SuScT..23c4001R . doi : 10.1088/0953-2048/23/3/034001 . S2CID 53063554 . 
  10. حالة الإنتاج الضخم لكابلات الموصلات الفائقة في مصادم الهادرونات الكبير 2002
  11. "معالم بارزة في تاريخ مشروع ITER" . iter.org . 2011. تم الاطلاع عليه في 31 مارس 2011. يحقق ملف الاختبار تشغيلًا مستقرًا عند 52 كيلو أمبير و6.4 تسلا.
  12. أونو، مامورو (أكتوبر 2016). "مشروع تشو شينكانسن باستخدام نظام ماجليف فائق التوصيل" (ملف PDF) . مجلة السكك الحديدية والنقل اليابانية (68): 14-25 . تاريخ الاسترجاع: 21 يوليو 2021 .