制冷机冷却型超导磁体系统用电流源保护控制系统的实现

随着超导技术和制冷技术的相互促进和共同发展 ,制冷机直接冷却的超导磁体系统已从概念设计走向实际应用。电流源保护控制系统是超导磁体系统的重要组成部分 ,其主要作用是为超导磁体系统提供稳定电流并实现可靠的保护控制。文中首先分析了制冷机冷却型超导磁体系统用电流源的工作过程及其特殊的控制和保护要求 ,然后设计了一个以单片机为核心的自动保护控制系统。     

7T大口径NbTi超导磁体降温通电实验

介绍了用于超导导体测试用超导磁体降温通电实验,降温采用500W@4.5K制冷机系统。300—10K直接采用冷He气循环冷却超导磁体,温度低于10K直接输入LHe。该磁体在4.2K温度下可通1000A的电流,其中心磁场为7T,储能为3M J。     

制冷机冷却的超导磁体在励磁时的稳定性分析

制冷机冷却的超导磁体是超导磁体技术的发展方向.在磁体励磁时,可能会因为交流损耗和稳恒漏热的共同作用而导致磁体温度上升到电流分流温度,进一步导致失超.因而励磁时的制冷机冷却的超导磁体的稳定性尤为重要.基于磁体内的漏热分析和励磁时交流损耗的计算,数值模拟了励磁时磁体的温度分布,研究了在制冷机冷却方式下超导磁体的稳定方面的问题.     

EBIT装置零蒸发低温超导磁体系统的研制

介绍了EBIT(Electron Beam Ion Trap,电子束离子阱)装置零蒸发低温超导磁体系统的研制过程与超导磁体的性能测试结果。该系统中超导磁体由一对上下布置的分离线圈组成,中心最大磁场强度可达4.5T,在中心轴线上±10mm内磁场均匀度优于2×10-4,磁场衰减系数在8h小于1×10-4;同时其低温杜瓦系统采用双冷屏结构,并通过二级G-M制冷机冷却冷屏来降低液氦的蒸发量。超导磁体的性能测试结果表明满足用户基本要求。     

脉管制冷用于低温超导磁体冷却的可行性分析

采用制冷机直接冷却的低温超导磁体系统与传统液氦冷却方式相比,具有轻便紧凑、运行简单、维护方便、可长时间连续运行等优点;而脉管制冷由于冷端无运动部件,与传统的G-M制冷机相比,具有结构简单、运行可靠、振动小等优点.本文结合我们在液氦温区脉管制冷方面的技术,从漏热和经济性两方面探讨了将脉管制冷直接用于冷却一个5特斯拉NbTi低温超导磁体的可行性,为后期系统的搭建奠定基础.     

超临界氦循环泵在EAST中的应用研究

EAST超导托卡马克装置的极向场和纵场线圈的超导磁体均采用迫流冷却的CICC(Cable in Conduit Conduc- tor)导体,极向场线圈的冷却介质直接由制冷机节流路来提供,而纵场线圈和线圈盒由氦循环泵来提供。文中概述了氦循环泵在超导装置中的使用情况,分析了超导磁体的迫流冷却特性以及EAST超导磁体的迫流冷却回路,揭示了氦循环泵的应用优点。比较两种冷却方式,得出热效率比较图,证明了氦循环泵的有效性,为氦循环泵的使用范围及选型提供了理论依据。     

脉管制冷用于低温超导磁体冷却的可行性分析

采用制冷机直接冷却的低温超导磁体系统与传统液氮冷却方式相比，具有轻便紧凑、运行简单、维护方便、可长时间连续运行等优点；而脉管制冷由于冷端无运动部件，与传统的G-M制冷机相比，具有结构简单、运行可靠、振动小等优点．本文结合我们在液氮温区脉管制冷方面的技术，从漏热和经济性两方面探讨了将脉管制冷直接用于冷却一个5特斯拉NbTi低温超导磁体的可行性，为后期系统的搭建奠定基础．     

高温超导磁体试验装置设计

在高温超导磁体试验装置设计中,冷却方式有制冷机传导冷却和液氮浸泡冷却两种。制冷机传导冷却是将磁体通过一种热导率高的材料与制冷机冷头相连。该方式为保证绝缘、冷量传递、温场均匀性等指标,对磁体的结构设计要求较高;液氮浸泡冷却是将高温超导磁体浸泡在液氮中,该方式虽然对磁体结构设计要求有所降低,但在试验过程中需定期补充蒸发掉的液氮,试验过程较繁琐。有鉴于此,我们设计了一套利用热虹吸原理的零蒸发液氮浸泡冷却高温超导磁体试验装置,超导磁体吊装在杜瓦上盖板法兰下,液氮浸泡超导磁体,带GM制冷机的液氮再冷凝杜瓦与超导磁体分开,用一根真空绝热管道将两者连接起来,利用热虹吸原理构成自循环系统。     

超导波荡器模拟线圈失超动态过程测试

中国科学院上海应用物理研究所成功进行了超导波荡器模拟线圈研制,高速高精度测试平台搭建;并在制冷机直接冷却式小型超导磁体测试平台上完成了失超信号采集,分析了失超信号,得出失超传播相关数据,完成了超导波荡器模拟线圈失超动态过程测试。     

液氦温区脉管制冷的实验研究

本文研制了一台可以用于低温超导磁体冷却的液氦温区分离型二级脉管制冷机.单独测试第一级最低达到了13.8K,是单级脉管制冷机最低制冷温度新纪录;在40K温度下具有55.9W制冷量,可望在高温超导磁体冷却方面获得广泛应用.使用单压缩机单旋转阀驱动二级脉管,二级最低温度达到了2.6K,在4.2K下有590mW制冷量,同时一级在36.7K有15W的制冷量,满足小型低温超导磁体冷却的要求.     

直接冷却的高温超导磁体热稳定性有限元仿真

制冷机直接冷却超导磁体是一门新兴技术,研究超导磁体在直接冷却下的热稳定性具有重要意义。用有限元方法解决复杂边界问题的热力学问题非常有效,而有限元分析软件ANSYS能使得用有限元法解决问题更加方便。该文用有限元方法对直接冷却高温超导磁体进行了热稳定性数值仿真。仿真结果表明,在设定热负荷作用下,直接冷却的B i2223系高温超导磁体具有较好的热稳定性,磁体温度低于其临界温度。     

35kJ高温超导磁储能系统的电流引线及其绝缘与导热结构

介绍了制冷机直接冷却的35kJ／7kW高温超导磁储能系统电流引线的结构型式,以及它所采用的绝缘、导热截流结构．经实验验证,该电流引线的设计及其绝缘与导热结构是可行的．     

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在全超导磁约束核聚变装置EAST中,采用高温超导电流引线将处于室温的电源连接处于超临界氦温区的超导磁体上。为降低实验过程中的运行成本,EAST装置中纵场磁体的电流引线采用混合式结构。电流引线测试结果表明引线符合设计要求。     

一种零蒸发率低温超导磁体系统的研制

介绍了零蒸发率低温超导磁体系统的设计与研制。整个系统主要包含超导磁体与低温冷却两部分。超导磁体使用NbTi线绕制,采用主线圈加补偿线圈的结构,中心磁场强度最大可达5.7T。磁体通过4.2K级G-M制冷机冷却,同时每天可生产约5L液氦。系统自常温开机运行,约45小时后开始生产液氦,液氦液面高于超导磁体2/3时,停止氦气供给。磁体加电闭环运行后,系统可实现静态零蒸发率。     

一种大口径无液氦低温超导磁体系统的研制

将铜和不锈钢材料制作成Φ646mm×1175mm大口径低温超导磁体复合骨架,骨架两端设计有传热热桥。选用1.5W@4.2K的G-M制冷机作为冷源,采用高导热的无氧铜编织带作为制冷机二级冷头和传热热桥之间的柔性连接件,来实现柔性传热。经过124h后,实现了低温超导磁体系统的冷却。超导磁体闭环运行后,磁场强度达到设计值,均匀区内不均匀度优于指标要求。     

用于高温超导磁体的固氮系统设计与实验

相比于其他制冷剂,固氮具有热容大的特点,利用这一特点冷却高温超导磁体,可以实现超导磁体系统较高的热稳定性。将高温超导浸泡在液氮内,采用单台10K双级G-M制冷机将液氮变成固氮,可获得最低8K的固氮系统。对固氮冷却的超导磁体进行10~60K的宽温区控温实验,可获得±0.05K的高稳定性控温精度,从而进行不同温度下超导磁体的临界电流、临界磁场以及稳定性研究。     

液氦温区脉管制冷的实验研究

本文研制了一台可以用于低温超导磁体冷却的液氦温区分离型二级脉管制冷机．单独测试第一级最低达到了13．8K，是单级脉管制冷机最低制冷温度新纪录；在40K温度下具有55．9W制冷量，可望在高温超导磁体冷却方面获得广泛应用．使用单压缩机单旋转阀驱动二级脉管，二级最低温度达到了2．6K，在4．2K下有590mW制冷量，同时一级在36．7K有15W的制冷量，满足小型低温超导磁体冷却的要求．     

EAST װ���³�������ϵͳ��ȴ��·���

EAST 装置电流馈线系统由13 对NbTi 材料CICC 超导母线组成,连接超导磁体系统和高温超导电流引线,为磁体系统的运行提供馈电通道和失超状态下能量的释放通道。馈线系统中超导母线由液氦制冷机通过低温分配阀箱提供的4.5K 超临界氦冷却,冷却通道进口压力为0.45MPa,出口压力不小于0.25MPa。通过对超导母线和接头内流道中的迫流氦的压降计算确定了冷却流程方案为1 对TF 超导母线单独串联组成1 个冷却通道, 12 对PF 超导母线分为6 个冷却通道,每个通道由2 对PF 超导母线串联组成。     

EAST 装置新超导馈线系统冷却回路设计

EAST 装置电流馈线系统由13 对NbTi 材料CICC 超导母线组成,连接超导磁体系统和高温超导电流引线,为磁体系统的运行提供馈电通道和失超状态下能量的释放通道。馈线系统中超导母线由液氦制冷机通过低温分配阀箱提供的4.5K 超临界氦冷却,冷却通道进口压力为0.45MPa,出口压力不小于0.25MPa。通过对超导母线和接头内流道中的迫流氦的压降计算确定了冷却流程方案为1 对TF 超导母线单独串联组成1 个冷却通道, 12 对PF 超导母线分为6 个冷却通道,每个通道由2 对PF 超导母线串联组成。     

超导导体测试平台背场磁体降温实验研究

在成功建成世界首个全超导托卡马克装置EAST及加入ITER项目的基础上,我国正在进行聚变工程实验堆CFETR的设计工作。超导磁体作为CFETR主机系统重要的组成部分,其研制过程需要大电流、强磁场超导导体测试装置。文中详细介绍了超导导体测试平台的背场磁体系统,设计并研制了2kA二元高温超导电流引线、超导磁体失超探测及保护系统、低温系统,并开展了磁体降温及通电实验。