Test en labo : Nb3Al cristallin, Bi-2212 amorphe

Dans un microscope électronique à haute tension, deux minces échantillons prélevés sur des fils supraconducteurs ont été soumis au même test de rayonnement. Après 50 minutes, Bi-2212 avait perdu sa structure en couches et apparaissait totalement amorphe, tandis que Nb3Al présentait encore sa structure cristalline A15 après 90 minutes. Ce contraste permet aux chercheurs d’observer directement comment deux matériaux candidats accumulent les dommages.

L’équipe de l’Université des sciences et technologies de Pékin et de l’Université de Hokkaido a utilisé des électrons de 1 250 kiloélectronvolts à température ambiante, avec un flux d’électrons de 2,92 × 10²³ électrons par mètre carré et par seconde. La microscopie électronique en transmission a suivi les défauts, tandis que la diffraction électronique a montré si les matériaux conservaient leur ordre cristallin. Bi-2212 a d’abord présenté des changements visibles après 25 minutes ; au bout de 40 minutes, la plupart des taches de diffraction avaient disparu.

Cette différence pourrait s’expliquer par la structure et les liaisons des matériaux. Bi-2212 possède une structure en couches complexe, et ses atomes d’oxygène peuvent être davantage susceptibles d’être déplacés. Nb3Al, en revanche, a conservé son ordre structural à longue portée dans les conditions testées. Cela en fait un candidat solide pour de nouvelles études, mais pas un vainqueur établi pour les aimants de fusion.

La limite est essentielle : l’expérience a utilisé une irradiation électronique à température ambiante, et non l’environnement neutronique à basse température attendu à l’intérieur d’un système de fusion. Le blindage peut réduire l’exposition aux neutrons, mais il ne peut pas éliminer le problème. Selon les chercheurs, les prochains tests devraient exposer les deux matériaux à des neutrons ou à des ions lourds à basse température, comparer Nb3Al à d’autres supraconducteurs A15 comme Nb3Sn et déterminer si un recuit peut restaurer l’ordre sans dégrader les performances supraconductrices.

Pour les chercheurs dans le domaine de la fusion, le gain immédiat est une voie de test plus claire. Bi-2212 doit désormais être étudié plus attentivement sous des rayonnements pertinents pour la fusion, tandis que Nb3Al offre un matériau de référence contrasté. Ces travaux ne permettent pas de mettre un aimant en service ; ils ciblent la prochaine expérience sur les propriétés qui détermineront si l’un ou l’autre supraconducteur peut en assurer le fonctionnement de manière fiable : la résistance aux rayonnements, les performances supraconductrices et la fiabilité technique à long terme.