Test: Nb3Al resta cristallino, Bi-2212 diventa amorfo

All'interno di un microscopio elettronico ad alta tensione, due campioni sottili prelevati da fili superconduttori sono stati sottoposti allo stesso test di irradiazione. Dopo 50 minuti, Bi-2212 aveva perso la propria struttura stratificata ed era apparso completamente amorfo, mentre Nb3Al mostrava ancora la propria struttura cristallina A15 dopo 90 minuti. Il contrasto offre ai ricercatori uno sguardo diretto su come due materiali candidati accumulano i danni.

Il team dell'Università di scienza e tecnologia di Pechino e dell'Università di Hokkaido ha utilizzato elettroni da 1.250 kiloelettronvolt a temperatura ambiente, con un flusso elettronico di 2,92 × 10²³ elettroni per metro quadrato al secondo. La microscopia elettronica a trasmissione ha monitorato i difetti, mentre la diffrazione elettronica ha mostrato se i materiali conservavano il proprio ordine cristallino. Bi-2212 ha mostrato i primi cambiamenti visibili dopo 25 minuti; dopo 40 minuti, la maggior parte delle macchie di diffrazione era scomparsa.

La differenza potrebbe dipendere dalle strutture e dai legami dei materiali. Bi-2212 ha una complessa struttura stratificata e i suoi atomi di ossigeno possono essere più suscettibili allo spostamento. Nb3Al, al contrario, ha mantenuto il proprio ordine strutturale a lungo raggio nelle condizioni testate. Questo ne fa un candidato promettente per ulteriori studi, non un vincitore già dimostrato per i magneti a fusione.

Il limite è fondamentale: l'esperimento ha utilizzato un'irradiazione elettronica a temperatura ambiente, non l'ambiente di neutroni a bassa temperatura previsto all'interno di un sistema a fusione. La schermatura può ridurre l'esposizione ai neutroni, ma non eliminare la sfida. I ricercatori affermano che i prossimi test dovrebbero esporre entrambi i materiali a neutroni a bassa temperatura o a ioni pesanti, confrontare Nb3Al con altri superconduttori A15 come Nb3Sn ed esaminare se la ricottura possa ripristinare l'ordine senza danneggiare le prestazioni superconduttive.

Per i ricercatori della fusione, il beneficio immediato è un percorso di test più chiaro. Bi-2212 deve ora essere esaminato più attentamente sotto radiazioni rilevanti per la fusione, mentre Nb3Al offre un materiale di riferimento di contrasto. Il lavoro non mette un magnete in servizio; restringe il prossimo esperimento alle proprietà che determineranno se uno dei due superconduttori potrà sostenerne uno in modo affidabile: tolleranza alle radiazioni, prestazioni superconduttive e affidabilità ingegneristica a lungo termine.