니오븀-티타늄(Nb-Ti) 합금 튜브는 극저온 초전도 케이블 및 초전도 코일 제조에 사용되는 핵심 소재입니다. 이 소재의 가장 큰 장점은 적당한 임계 온도(9.3K~10.3K)와 뛰어난 변형 저항성입니다. 초전도 전력 전송 및 고정밀 장비에 중요한 역할을 합니다.
제로 저항 및 저손실: 액체 헬륨 온도 범위(약 4.2K) 또는 초전도 상태에서 니오븀-티타늄 초전도체는 제로 저항을 나타내어 대전류의 무손실 전송을 가능하게 하고 전력망 전송 효율과 용량을 크게 향상시킵니다. 지지 및 외피 재료: 초전도 케이블 제조 시, Nb-Ti 합금 막대 또는 전선을 고순도 구리 매트릭스에 매립한 후 인발하는 경우가 많습니다. 니오븀-티타늄 튜브는 케이블의 중심 지지 튜브 또는 외부 보호 외피 역할을 하며, 내부 극저온 유체(액체 헬륨 또는 초임계 헬륨 등)의 순환 냉각에 사용되어 초전도 상태의 안정성을 보장합니다. 초전도 전력 케이블: 도시 전력망 업그레이드에 사용되어 고용량, 무손실, 고밀도 지하 전력 전송을 구현합니다. 고자기장 자석 장비: 핵자기공명영상(MRI) 장비, 입자 가속기, 제어 핵융합 장치에 강력한 자기장을 제공하는 데 널리 사용됩니다. 고정밀 전송: 양자 컴퓨터 내부의 극저온 신호 전송 케이블에도 사용됩니다. Nb-Ti 합금은 우수한 일반 초전도 특성을 나타냅니다. 일반적으로 사용되는 재료는 35%~55%의 니오븀(예: 47%의 티타늄을 함유하는 합금)을 포함하며, 미량의 탄탈륨 또는 지르코늄을 첨가하면 전반적인 초전도 성능을 향상시킬 수 있습니다.
초전도 MRI 및 NMR 장치는 매우 안정적인 자기장을 얻기 위해 초전도 자석의 폐루프 작동이 필요합니다. 따라서 초전도 자석 내부의 코일 간, 그리고 코일과 초전도 스위치 사이의 연결 저항은 극히 낮아야 합니다. MRI 장치의 경우 연결 저항이 10⁻¹¹옴 미만이고, NMR 장치의 경우 10⁻¹⁴옴 미만인 것으로 보고되었습니다. 기존의 초음파 용접 및 레이저 용접 공정은 복잡하고 성능이 불안정하며 현장 작업이 불편하여 수율이 낮습니다. 니오븀-티타늄(NbTi) 초전도선 접합부를 제작하는 새로운 방법은 기존 기술의 단점을 극복합니다. 이 방법은 간단한 구조, 쉬운 제작, 안정적인 성능 및 낮은 저항을 제공합니다.
초전도 물질은 전선이 갑자기 정상 상태로 전환되는 영역에서 낮은 저항의 바이패스를 제공하기 위해 공통의 양호한 도체로 둘러싸이거나 내장되어야 합니다. 또한, 외피는 자기장 선의 점프를 방지하는 데 중요합니다. 즉, 손실을 최소화하고 안정성을 향상시키기 위해 적절한 기판 재료를 사용해야 합니다. 기판 재료의 선택은 상충되는 요구 사항에 따라 달라집니다. 윌슨과 그의 동료들의 이론에 따르면 전도성이 높은 기판은 더 가는 전선을 사용할 수 있게 하지만, 다중 가닥 케이블은 촘촘하게 나선형으로 꼬아야 합니다. 독일 연구진은 NbTi 초전도 합금의 기판 재료로 전도성이 높은 무산소 구리를 선택한 주된 이유는 국부적인 온도 상승으로 인해 초전도 상태에 일시적인 교란이 발생할 때 수송 전류를 기판으로 전달하여 줄 발열을 충분히 낮게 유지할 수 있기 때문이라고 주장합니다. 그러나 일부에서는 구리가 우수한 안정화 특성을 가지고 있음에도 불구하고 유도 전류를 충분히 제한하지 못한다는 점을 지적했습니다.
