Brevet FR2305830A1 — publié le 19761022

L'invention concerne un brin supraconducteur composite du type formé d'une pluralité de filaments s'étendant selon la longueur du brin, constitués par exemple chacun d'une âme en un matériau supraconducteur et d'une enveloppe de stabilisation en un matériau non supraconducteur bon conducteur de l'électricité1 répartis à l'intérieur d'une matrice de métal non supraconducteur è haute résistivité électrique. Cette matrice forme une gaine extérieure et un ensemble de cloisons en nid d'abeilles séparant les filaments les uns des autres. Le brin composite est obtenu par filage d'une structure initiale dans laquelle la matrice peut être constituée soit d'une seule masse de métal dans laquelle on a foré des trous recevant chacun une tige qui deviendra un filament, soit d'une gaine extérieure dans laquelle on a introduit les diverses tiges qui deviendront des filaments, entourées chacune d'une gaine résistive, l'ensemble de ces gaines résistives formant ensuite les cloisons de séparation des filaments. Lorsque l'on veut obtenir un brin composite comportant un très grand nombre de filaments, il est souvent préférable de procéder en deux étapes, en formant d'abord des brins primaires qui sont constitués comme indiqué ci-dessus et groupent une portion seulement des filaments, et en associant ensuite une pluralité de tels brins primaires dans une matrice secondaire, d'une manière analogue à la manière dont les filaments sont associés dans une matrice de brin primaire, la matrice secondaire étant à son tour soumise a un filage Ce type de brin supraconducteur à filaments supraconducteurs très minces munis d'une enveloppe de stabilisation et séparés les uns des autres par des cloisons résistives, est le siège de courants de circulation très faibles en présence d'une induction magnétique variable, et présente, ainsi, une grande stabilité et des pertes réduites. lais il risque d'être détruit en cas d'apparition d'une transition des filaments supraconducteurs, c'est-à-dire d'un passage de ceux-ci de l'état supraconducteur à l'état résistant. EN effet, dans la section droite d'un brin composite, l'aire totale de matériau non supraconducteur bon conducteur de l'électricité, cuivre par exemple, nécessaire pour la stabilisation de l'fore supraconductrice des filaments est relativement faible par rapport à l'aire totale de matériau supraconducteur. Il en résulte qu'en cas de transition, le courant de grande intensité qui doit passer momentanément dans les enveloppes de stabilisation, peut provoquer un échauffement de celles-ci suffisant pour dégrader irrémédiablement le brin composite.Il en est a fortiori de même dans le cas de filaments du type niobiemiétain ne comprenant pas d'enveloppe de stabilisation bonne conductrice de l'électricité. On a trouvé, suivant la présente invention, qu'il était possible d'éviter cet inconvénient sans augmenter les pertes par courants induits au sein du brin composite et sans rendre la fabrication plus délicate, en remplaçant certains filaments à matériau supraconducteur par des filaments à métal non supraconducteur bon conducteur de l'électricité. L'invention a, ainsi, pour objet un brin composite supraconducteur comprenant une pluralité de filaments s'étendant selon la longueur du brin et répartis dans une matrice de métal non supraconducteur à haute résistivité électrique, caractérisé en ce que, seulement certains de ces filaments sont constitués par un matériau supraconducteur (éventuellement entouré d'une enveloppe de stabilisation en un matériau non supraconducteur bon conducteur de l'électricité) tandis que les autres filaments sont constitués par un métal non supraconducteur bon conducteur de l'électricité De cette manière, le rapport entre l'aire totale de matériau non supraconducteur bon conducteur de l'électricité et l'aire totale de matériau supraconducteur contenues dans une section droite du brin composite peut être considérablement augmenté sans accroître la section d'enveloppes de stabilisation au contact direct du matériau supraconducteur, et cependant la division du matériau non supraconducteur conducteur de l'électricité, en sections très faibles, évite la circulation de courants induits dans le sens transversal du brin composite ; en même temps, les conditions de fabrication du brin composite restent les mêmes que selon la technique antérieure. Le rapport entre le nombre de filaments non supraconducteurs substitués à des filaments supraconducteurs et le nombre total de filaments d'un brin composite peut être, par exemple, compris entre 1/4 et 1/2. Les filaments non supraconducteurs sont, de préférence, disposés dans la région centrale du brin composite~ Dans le cas d'un brin composite secondaire composé d'une pluralité de brins primaires, comme défini plus haut, les filaments non supraconducteurs peuvent être disposés dans des brins primaires qui contiennent aussi des filaments supraconducteurs, mais il est souvent plus avantageux de constituer des brins primaires ne contenant que des filaments non supraconducteurs, En se référant aux figures schématiques ci-iointes, on va décrire un exemple, donné à titre non limitatif, de mise en oeuvre de l'invention0 La figure I représente une vue en coupe transversale d'un brin supraconducteur composite selon l'invention. La figure 2 représente une vue agrandie d'une portion de la figure le Le brin supraconducteur composite représenté sur ces figures a une forme générale cylindrique et un diamètre de l'ordre de 1 à 5 millimètres. Il est du type qualifié précédemment de "secondaire" et il comporte, dans une gaine secondaire 1, d'une épaisseur moyenne de 20 à 100 microns, constituée de cuivre impur, tel qu'un alliage de cuivre et de nickel, un bronze, un laiton, un cuivre au phosphore par exemple, à forte résistivité, un ensemble de brins primaires 2 à filaments supraconducteurs et de brins primaires 3 à filaments non supraconducteurs, ces derniers groupés au centre du brin secondaire, chaque brin primaire étant délimité par une gaine primaire 4 d'une épaisseur de l'ordre de 10 microns en cuivre impur à forte résistivité, l'ensemble de ces gaines primaires 4 constituant un ensemble de cloisons en nid d'abeilles à l'intérieur de la gaine secondaire 1, qui forment un nombre de compartiments hexagonaux compris entre 50 et 500. Pour bien distinguer sur la figure 1 les brins primaires 2 des brins primaires 3, ces derniers ont été hachurés. La figure 2 permet de voir la constitution des brins primaires 2 et 3e Les gaines primaires 4 de deux brins primaires adjacents ont été séparées l'une de l'autre par un trait pointillé pour mieux faire comprendre la constitution du brin supraconducteur, mais, en réalité, elles sont si intimement liées l'une à l'autre après filage qu'il n'est pas possible de les distinguer l'une de l'autre et qu'elles forment ensemble une cloison unique.Un brin primaire 2 comporte, à l'intérieur de la gaine primaire 4, 50 à 500 filaments supraconducteurs formés d'une âme 5 cylindrique de 10 microns de diamètre, en alliage de niobium et titane entourée d'une enveloppe 6 de stabilisation en cuivre de trois microns d'épaisseur et d'une gaine résistive 7 en cupronickel d'une épaisseur moyenne de deux microns, L'ensemble des gaines 7 constitue un ensemble de cloisons en nid d'abeille à l'intérieur de la gaine primaire 4 qui forment des compartiments hexagonaux. Un brin primaire 3 comporte, à l'intérieur de la gaine primaire 4, 50 à 500 filaments 8 ayant les mêmes dimensions que les filaments supraconducteurs constitués de l'amie 5 et de l'enveloppe 6, mais étant formés de cuivre pur.Ces filaments 8 sont également munis d'une gaine résîstive 7 en cupronickel, l'ensemble des gaines 7 constituant aussi à l'intérieur de la gaine primaire 4, un ensemble de cloisons en nid d'abeilles qui forment des compartiments hexagonaux. Bien entendu, le nombre et les dimensions des compartiments hexagonaux des brins primaires 3 pourraient être différents de ceux des compartiments hexagonaux des brins primaires 2, à condition que les compartiments hexagonaux restent suffisamment petits pour limiter la circulation des courants induits. Dans l'exemple représenté, certains brins primaires ont exclusivement des filaments supraconducteurs et d'autres brins primaires ont exclusivement des filaments non supraconducteurs. On pourrait aussi disposer dans la matrice secondaire des brins primaires contenant chacun à la fois des filaments supraconducteurs et des filaments non supraconducteurs ; on peut, ainsi, utiliser des brins primaires tous identiques les uns aux autres ou, au contraire, de différentes constitutions. L'invention peut aussi bien être mise en oeuvre dans le cas où le brin composite est forme d'un seul ensemble de filaments disposés dans une matrice, certains de ces filaments étant des filaments supraconducteurs et les autres étant des filaments non supraconducteurs, On pourrait également appliqucr l'invention aucas où les filaments supraconducteurs seraient const1t.-#s chacun d'une âme de niobium entourée d'une couche de niobium-étain et seraient noyés dans une matrice de bronze, REVENDICATIONS 1/ Brin composite supraconducteur comprenant une pluralité de filaments s'étendant selon la longueur du brin et répartis dans une matrice de métal non supraconducteur à haute résistivité électrique, caractérisé en ce que, seulement certains de ces filaments sont constitués par un matériau supraconducteur (5), tandis que les autres filaments sont constitués par un métal (8) non supraconducteur bon conducteur de l'électricité. 2/ Brin composite selon la revendication 1, constitué d'une pluralité de brins primaires dont chacun comprend une pluralité de filaments et se trouve séparé des autres par une gaine en un métal non supraconducteur à haute résistivité électrique, caractérisé en ce que certains des brins primaires (2) contiennent uniquement des filaments supraconducteurs, tandis que les autres brins primaires (3) contiennent uniquement des filaments non supraconducteurs 3/ Brin composite selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les filaments non supraconducteurs (8) sont disposés dans la région centrale du brin composite.