用多芯Nb/Cu挤压管法Nb_3Sn超导复合线制成13T实用超导磁体

实验证实了用“MF Nb/Cu挤压管法”超导复合线制作13T实用Nb_3Sn/Nb-Ti超导磁体的可行性。净孔径为φ40mm的复合磁体,在4.2K,中心场强达到11.0T;净孔径为φ18mm的复合磁体,在4.2K,中心场强达到13.0T,此时内绕组中的Nb_3Sn 复合线的全临界电流密度J(cw)=310A/mm_2,与短样性能相一致。     

NbTi-Nb_3Sn混合超导磁体Nb_3Sn芯磁体的研制

采用掺 Ti 铌管法(NbTi)_3Sn 导体以及“不均匀电流密度绕组设计”,“先绕制后反应”和“环氧真空浸渍”等技术制造的 Nb_3Sn 磁体适合用作 NbTi-Nb_3Sn 混合超导磁体装置的 Nb_3Sn芯磁体,其高场性能优异,体积小、重量轻、容许励磁速度快,承受失超能力强,所研制的净孔为28.5mm(重2.5kg)、30.3mm(重3.0kg)和41mm(重3.95kg)的 Nb_3Sn 磁体分别成功地用于工作中心磁场 14T,12T 和11T 的NbTi-Nb_3Sn 混合超导磁体装置.     

Nb_3Sn超导磁体的稳定性

我们曾对国产Nb-Ti磁体的退化和在快速励磁条件下的稳定性及其失超动力学,进行了实验研究。这里将在上述工作中证明是克服Nb-Ti磁体机械退化行之有效的措施,应用于国产汽相沉积Nb_3Sn带绕制的磁体中,并把Nb_3Sn磁体与Nb-Ti磁体组装,研究Nb_3Sn磁体的横场(H_(?))、纵场(H_(?))动态稳定性和低场不稳定性。同时给出了室温拉伸对短样I_c的影响。     

Nb3Sn-Nb3Sn低电阻接头制作及装置分析

制作性能良好的Nb_3Sn-Nb_3Sn低电阻超导接头是Nb_3Sn超导体及相关高场磁体实现工程应用关键技术之一。主要介绍了青铜法Nb_3Sn-Nb_3Sn线材低电阻超导接头制作工艺及所需装置结构,同时仿真分析了装置是否满足后续实验要求。分析结果表明,当施加120.33 N力时,该装置结构保持稳定,产生微小形变符合预期,满足实验要求。为后续制作性能优良低电阻超导接头实验提供坚实技术支持。     

Nb_3Sn超导电磁铁

本文报导了关于筒形Nb_3Sn磁体的研究结果。观察到磁通跳跃现象。“冻结”场的分布和历史及激发场的分布紧密相关。“冻结”场可以不是中心对称的,这进一步证明了烧结的Nb_3Sn材料是非均匀介质。 我们描述了新的磁体结构,避免了磁通跳跃。除利用铁心来捕获磁通外,在激发和测量磁场的方法上均具有一定的特点。 利用圆筒状Nb_3Sn作为压挤磁通的活塞,在1.5°K时,曾获得的最高场强是28.5KG。     

15 T高场复合超导磁体低温实验研究

大孔径高均匀度高场磁体是进行超导材料性能测试的必要条件之一.本文主要介绍了15 T高场复合超导磁体的低温励磁实验与结果.该磁体包括两个高性能Nb3Sn线圈、一个ITER Nb3Sn线圈和一个NbTi线圈,分别处于磁体的高、中、低场部分.磁体外径329.9 mm,高度401.44 mm,中心孔径77.5 mm,磁体中心磁场测量值14.94 T,轴向磁场(98％)均匀区测量长度55 mm,超过了磁体设计指标要求的40 mm,测试结果满足设计要求.     

柔性Nb_3Sn超导微型电缆

本文报导了一种新型实用Nb~3Sn超导材料。它是含有6根多芯Nb_3Sn复合线(φ0.14mm)和1根中心增强钼丝(φ0.16mm)的7股单层微型电缆(φ0.45mm)。其最佳性能如下:T_c=17.7K;H_(c2)=24.9T(4.2K);16T下的J_c( 青铜+Nb_3Sn+Nb)=260A/mm~2(4.2K);许用弯曲直径为20mm,室温下许用拉伸应力高达392MPa,且能多次复绕,其超导性能不退降。其内径为40mm的试验磁体与12.8T背场组合,中心磁场达到14.52T。它是制作小型高场超导磁体的优良材料。     

螺线管状磁体的磁场分布

本文介绍了螺线管状磁体磁场分布的计算原理,计算公式,并给出一具体螺线管的磁场分布计算程序和理论计算磁场分布曲线.     

添Ti或添Mg铌管富Sn法Nb3Sn导体的超导性能

采用 Nb 管富 Sn 法制备 Nb_3Sn 导体母材中添加适量合金元素 Ti 或 Mg 分别显著提高导体在≥12T 或≤12T 磁场区域的载流能力.由于 Ti 和 Mg 改善 Nb_3Sn 材料载流能力的机制不同,同时,Ti 进入 A15型(Nb,Ti)_3Sn 化合物晶格,并占据 Nb 原子的结晶学位置,而进入 Nb_3Sn 反应层的 Mg 则以 Mg-Nb-O 化合物沉淀相微粒弥散分布在 Cu-Sn-Mg 母材侧的 Nb_3Sn 晶粒中,因此,若在母材中同时添加合金元素 Ti 和 Mg 将可能明显提高导体在8—20T 整个实用磁场区域的载流能力.使用(Nb,Ti)_3Sn 导体(0.99mm~(?)×1.69mm~ω)制造的超导磁体(2a_1×2a_2×2b=31.5mm×70mm×99.5mm)在10.4T NbTi-Nb_3Sn 背景磁场下,磁体工作电流 I_a=392A(未失超)时,磁体中心场强 H_(?)=14.2T,此时,导体的工作电流密度 Ja(non cu)(14.2T,4.2K)=5.2×10~4Acm~(-2).     

多芯Nb_3Sn的结构和性能

用扫描电镜和光学显微镜研究了“青铜法”制作的多芯Nb_3Sn的结构.观察了Nb_3Sn的晶粒形貌及复合线的断口形貌.测量了不同热处理制度下的Nb_3Sn层厚度、晶粒度及导体的临界电流.讨论了它们之间的关系.研究了固态扩散时产生的Kirkendall孔洞及其对导体机械性能的影响.     

较低温扩散法Nb_3Sn带绕制成十万高斯超导磁体

北京大学物理系学员和教师,开门办学、厂校挂钩,发扬自力更生的革命精神,研制成功在650—750℃的温度下生产超导Nb_3Sn长带的一种工艺。并用这种方法生产的2.5毫米和5毫米宽的超导带绕制成十万高斯场强的小型超导磁体。 磁体由内外两个同轴螺线管组成,其示意图和主要参数如下:     

11T超导强磁体的研制

本文介绍了内径为40mm,磁场为11T的NhTi和Nb_3Sn组合超导磁体的设计,制作工艺和实验结果.     

12T NbTi—Nb3Sn超导磁体装置

本文介绍了有效孔径30.3mm 的 NbTi-Nb_3Sn 混合超导磁体装置的设计、制造和实验的基本情况.该装置在4.2K 的最大工作中心磁场是12T,磁体中心磁场均匀度和电流稳定充分别优于2.7×10~(-3)(1cm DSV)和4×10~(-4)/h,磁体励磁到最大工作中心磁场12T 时所需要的时间为40min.磁体重量为25.4kg.     

1MJ环型高温超导储能磁体杂散场与线圈高度关系研究

本文通过ANSYS有限元软件建立了四个螺线管组成的1MJ环型磁体在单元线圈高度不同情况下的模型,分析总结了四螺线管组成的环型磁体的漏磁场与磁场分布规律,通过对磁体单元线圈高度变化所引起的磁体磁场的分布及其杂散场进行研究,为磁体优化设计提供一定的参考.     

周期载荷下Nb3Sn温度裕度及变形研究

国际热核聚变反应堆ITER和国内聚变工程实验堆CFETR装置上的CICC运行于复杂的电磁环境中,为应对12 T及更高电磁场的影响,其上的中心螺线和环向磁体已采用Nb_3Sn超导材料,作为A15型的Nb_3Sn材料对应变变化较敏感。而应变下温度裕度和变形等是影响低温(4.2/4.5 K)下超导体稳定运行的重要参数,为获得真实运行情况下磁场与电流产生的电动力所导致的周期应变对温度裕度等的作用,本文采用周期电磁载荷来模拟应变作用,利用温度裕度与刚度的数学计算方法,对Nb_3Sn超导体的温度裕度和变形进行测试对比分析。结果显示分流温度和温度裕度随载荷周期增加而减小,其中分流温度在1～1 000载荷周期快速变小,温度裕度在2 000～3 000载荷周期急剧减小;同时载荷周期导致股线刚度减小和股线变形增加。由此可见,载荷周期产生的应变导致Nb_3Sn性能退化降级。     

短腔、自屏蔽磁共振成像超导磁体系统的混合优化设计方法

本文提出一种用于短腔、自屏蔽磁共振成像超导磁体系统的混合优化设计方法,通过结合线性规划和非线性优化算法,设计出的磁体系统具有建造成本低、结构简单、以及线圈中最高磁场、电流安全裕度和电磁应力可控等优点.首先,通过线性规划算法在欲布置线圈空间范围内建立二维连续网格划分,搜索满足磁场约束条件的网格电流分布图;其次,将电流分布图中的非零电流簇离散成螺线管线圈,通过非线性优化算法计算出满足成像区域磁场均匀度要求、5 Gs杂散场限制、线圈中最高磁场限制、电流安全裕度以及线圈间尺寸间隔等约束条件的线圈结构参数.文中给出一个中心磁场为1.5T自屏蔽磁共振成像超导磁体系统的设计案例,在50 cm球形成像区域所产生的磁场峰峰值不均匀度为10 ppm,线圈最大长度为1.32 m.该设计方法可用于对称、非对称螺线管线圈系统以及开放式双平面线圈系统的磁共振成像磁体系统设计.     

富Sn法制备多芯Nb_(3)Sn超导复合线的研究

采用Nb管和富Sn的铜锡合金之间的内扩散法制备了33和55芯的多芯Nb_3 Sn超导复合线.研究了Nb_3Sn反应扩散热处理(600—850℃,1—250hr)和添加元素In对Nb_3Sn反应扩散层的厚度、晶粒大小和超导性能的影响.结果表明:阶梯升温扩散热处理有利于晶粒细化,添加元素In提高了Nb_3Sn反应扩散层平均生长速率与Nb_3Sn晶粒长大速率之比值.55芯Nb_3(SnIn)复合线全电流密度J_c(4.2K,6T)约为7.3×10~4 Acm~(-2)     

Nb_3Sn超导相的微观组织表征与Sn扩散的研究

CICC导体作为45T混合磁体外超导磁体的重要绕制材料,其所用的超导股线是由牛津公司提供的RRP法制备的高临界电流Nb_3Sn超导线材。由于Nb_3Sn超导相为典型的A15结构,其塑性非常差,所以在实际工程应用当中,往往是采用先绕制线圈,然后对绕制好的线圈进行热处理,进而生成Nb_3Sn超导相。因此,热处理制度的合理制定对于Nb_3Sn超导相的微观组织结构和超导性能具有非常重要的意义。为了验证热处理故障对超导磁体性能的影响,研究制定了三种不同的热处理制度,利用SEM方法对其生成的Nb_3Sn超导相进行微观组织的表征,通过EDS分析Sn元素的扩散;结合Ic值和RRR值的测定结果,对比分析不同热处理制度对Nb_3Sn股线微观组织与性能的影响。     

先进超导导体测试装置设计分析

针对聚变工程大型超导导体样品在高场下的性能测试需求,设计了内径0.6m、磁场13T的背景磁体系统。磁体系统由6层12个分离式超导线圈组成,线圈采用常规的螺线管结构,由外至内分别使用NbTi、Nb3Sn和YBCO三种超导材料绕制而成;在直径500mm的测试区域范围内产生最高达13.22T的背景磁场,均匀性不低于95%。介绍了磁体线圈主要设计参数,用有限元软件完成电磁、结构分析。结果表明,设计合理可靠,能够满足导体测试装置的需求。     

Nb_3Sn超导带材在高磁场下的临界电流

本文报告了扩散Nb_3Sn和气相沉积Nb_3Sn带材样品在4.2K、高磁场(～22T)下的临界电流测量结果,表明这两种材料具有良好的超导性能,在12T下,其Jc(Nb_3Sn)分别为3.0×10~3A/cm~2及2.9×10~5A/cm~2;在15T下分别为1.4×10~5A/cm~2及6.0×10~4A/cm~2.文中对测量结果进行了简要评价.