Wissenschaftliche Artikel der BAM
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Accelerator magnets that can reach magnetic fields well beyond the Nb-Ti performance limits are presently being built and developed, using Nb3Sn superconductors. This technology requires reaction heat treatment (RHT) of the magnet coils, during which Nb3Sn is formed from its ductile precursor materials (a “wind and react” approach). The Nb3Sn microstructure and microchemistry are strongly influenced by the conductor fabrication route, and by the Phase changes during RHT. By combining in situ differential scanning calorimetry, high Energy synchrotron x-ray diffraction, and micro-tomography experiments, we have acquired a unique data set that describes in great detail the phase and microstructure changes that take place during the processing of restacked rod process (RRP), powder-in-tube (PIT), and internal tin (IT) Nb3Sn wires. At temperatures below 450 ° the phase evolutions in the three wire types are similar, with respectively solid state interdiffusion of Cu and Sn, Cu6Sn5 formation, and Cu6Sn5 peritectic transformation. Distinct differences in phase evolutions in the wires are found when temperatures exceed 450 °C. The volume changes of the conductor during RHT are a difficulty in the production of Nb3Sn accelerator magnets. We compare the wire diameter changes measured in situ by dilatometry with the phase and void volume evolution of the three types of Nb3Sn wire. Unlike the Nb3Sn wire length changes, the wire diameter evolution is characteristic for each Nb3Sn wire type. The strongest volume increase, of about 5%, is observed in the RRP wire, where the main diameter increase occurs above 600 °C upon Nb3Sn formation.
Der Large Hadron Collider (LHC) des europäischen Kernforschungszentrums CERN ist einer der weltweit größten und leistungsfähigsten Teilchenbeschleuniger. Um den Teilchenstrahl auf seiner Kreisbahn zu halten, werden mit Hilfe supraleitender Spulen sehr starke Magnetfelder erzeugt. Die hierzu benötigten hohen Ströme werden über Verbunddrähte aus Niob-Titan und Kupfer geleitet.
Die Drähte werden u.a. durch Ultraschallschweißungen miteinander verbunden. Eine mangelhafte Verbindung kann zur Erwärmung der Kontaktstelle und in Folge davon zum Zusammenbruch der Supraleitung führen. Auf Anfrage des CERN wurden an der BAM Untersuchungen zur Prüfbarkeit solcher Verbindungen bei Umgebungstemperatur durchgeführt. Es gelang, für einen Verbindungstypen einen Wirbelstromsensor für eine manuelle Prüfung zu entwickeln. Ein Prototyp des Sensors befindet sich beim CERN in der praktischen Erprobung. Das Sensorprinzip sowie Prüfergebnisse aus Labor und Praxis werden vorgestellt.
In diesem Beitrag werden die Möglichkeiten der Ortung von Fehlstellen in Cu Lötverbindungen unterhalb verschiedener Cu Blechdicken mit aktiver Thermografie demonstriert. Dabei wurden die Anregung mit Blitzlicht und die periodische Anregung mit der Lock-In Technik miteinander verglichen. Die Vor- und Nachteile der Anwendung unterschiedlicher IR-Kamerasysteme, einer gekühlten InSb-Quantendetektor IR-Kamera und einer Mikrobolometer IR-Kamera, werden dargestellt. Als objektives Kriterium wurde das SNR für unterschiedliche Fehlstellengrößen herangezogen.