准各向同性高温超导股线交流损耗的实验研究

高温超导体的交流损耗直接影响超导电力装置的运行成本和稳定性,是判断超导电力设备设计是否合理的重要特性之一.在阐述准各向同性高温超导股线结构特点的基础上,首先对准各向同性高温超导股线的交流损耗和磁滞损耗进行仿真研究,利用有限元软件Comsol Multiphysics分析了交流背景磁场下的损耗,然后在对光纤布拉格光栅(optical fiber Bragg grating,简称FBG)波长与损耗关系标定的基础上,使用光纤布拉格光栅测量交流背景磁场下的交流损耗.理论计算与实验结果相吻合,表明在工频和液氮温度下股线的交流损耗以磁滞损耗为主.     

电流环支承的超导球表面磁场计算

本文基于磁荷模型采用解析方法推证出电流环在超导球表面产生的磁场分布.首先不考虑超导球的抗磁性,由Biot-Savart定律计算出电流环在球面产生的磁场.再根据Meissner态超导体的边界条件,并基于磁荷模型计算出超导球的感应磁场.将电流环产生磁场与超导球的感应磁场叠加得到超导球表面的合磁场.     

平行场下的SMES磁体磁滞损耗计算模型的分析

本文首先介绍了单芯高温超导带材交流损耗的机理,然后以SMES磁体磁滞损耗计算为例,分析了两种单芯超导带材磁滞损耗计算模型的计算结果,发现在不同场强范围内两种模型计算结果有明显的差异,并给出了计算交流损耗时两种模型的适用范围.最后简要说明了两种模型计算结果不同的原因.     

在工频外磁场下高温超导体的交流损耗

在工频外磁场条件下,研究了不同工艺的Bi-2223/Ag带和Cu位元素替代的YBa₂Cu_3-xSn_xO_y超导体的交流损耗.实验结果表明：在单芯Bi-2223/Ag带中,热处理时间、温度及超导芯厚度的增加都将增加Bi-2223相的含量,因而导致磁滞损耗增加.将单芯带细分成19芯Bi-2223/Ag带能减少磁滞损耗,但另一方面,超导芯间的耦合增加了银基体的涡流损耗,因此19芯带的损耗只比单芯带减少20%左右.在YBa关键词：     

均匀磁场中超导球的准静态磁化

在普通物理知识范围内,根据超导体的迈纳斯效应和磁场边值条件的唯一性,计算出了均匀外磁场中超导球表面的超导电流和磁场分布.     

铜骨架高温超导复合缆线的交流损耗计算

高温超导复合缆线的运行温度直接决定其载流性能,超导带材交流损耗计算的准确性对缆线的温升计算至关重要。面向具有铜骨架和双层高温超导带材结构的高温超导复合缆线,通过改进利兹线(Litz-wire)涡流损耗计算模型,将导电层作为利兹线结构中由多股线按一定节距扭转的束级结构的并联,分别计算了49.9 Hz和60 Hz下复合缆线的集肤效应损耗和邻近效应损耗。通过分析高温超导带材的平行磁场分量和垂直磁场分量,计算了复合缆线的磁滞损耗。最后,基于超导样缆交流损耗补偿测量系统,对0.2 m、110 kV/1.5 kA铜骨架高温超导复合缆线的交流损耗进行了测量,得到工频下1 200 A载流时的交流损耗为1.21 W。研究发现,在不同频率下,铜骨架高温超导复合缆线的交流损耗随传输电流的增大而增大。通过对比仿真和实验结果,验证了铜骨架高温超导复合缆线交流损耗计算结果的准确性。     

扭转的NbTi复合线短样品交流损耗的实验研究

用“双线圈方法”测试了扭转的NbTi复合线短样品的磁滞(辶回)线.研究了磁滞损耗和(辶回)线形状与超导丝芯径(d)、纵向外磁场变化率(dH/dt)、复合线的扭距(lp)、以及剩磁与(d)和(lp)间的关系.实验结果如下: (1) 磁滞损耗与超导丝直径成正比.NbTi-Cu-CuNi三组元复合线的损耗比NbTi-cu二组元复合线的大. (2) 磁滞(辶回)线的形状和面积随纵向场dH/dt而变化.当dH/dt变大时,不仅(辶回)线的面积增加而且形状也略有变化. (3) 对于同一种复合线,(辶回)线的形状和面积随扭距而变化. (4) 超导丝直径粗、扭距短、剩磁大;直径细、扭距长、剩磁小.     

Bi2223/Ag超导带背景场损耗和磁场响应特性研究

采用改进的瓦特计技术,研究了在77K和低场范围内单芯和多芯Bi2223/Ag超导带的背景场损耗(包括表面损耗、磁滞损耗和耦合损耗)和在交变外磁场下的穿透电压与磁场响应特性.最小磁场小于1×10-4T.单芯带材和大块超导体的损耗一致,在整个磁场范围内损耗和磁场符合指数关系,Q∝Hn:当HHp时, n≈1.1,损耗主要是磁滞损耗.从单芯带材的损耗曲线我们得到了Bi2223相的Hc1≈6×10-4T.对于多芯带材而言,损耗由磁滞损耗和耦合损耗组成,耦合损耗起主要作用,损耗和磁场符合指数关系,Q∝Hn:当HHp时, n≈1.7, 损耗包括磁滞损耗和耦合损耗,耦合损耗占主要部分.在磁场小于1×10-4T的低场下,单芯和多芯带材损耗研究结果目前还未见报道.研究了超导体中穿透电压和外磁场的响应关系,给出了穿透电压和外磁场的关系曲线,结合超导体中的磁化强度变化过程对曲线给出了合理的解释.     

高温超导体的磁化与磁滞损耗

利用三种临界态模型(Bean模型、Kim模型和指数模型),采用比较简单的方法,以Bi2223高温超导体为例,给出了平板状超导体的初始磁化曲线和磁滞回线的解析表达式.对不同温度和磁场下的磁化强度进行了编程计算,对计算结果进行讨论.利用推导的公式,讨论了温度和外加磁场对高温超导体的磁滞损耗的影响. 关键词： 磁滞损耗 磁通钉扎 高温超导体 临界态模型     

一种铁基超导带材交流损耗的测量

近年来铁基超导材料的发现掀起了又一轮新型超导材料研究的热潮,各种配方的铁基超导材料不断被制备出来,转变温度也不断提高,中国科学家在该领域取得了十分突出的成果,制备出了多种铁基超导材料,但对其交流损耗特性研究鲜有报道,而实际应用中交流损耗的特性又十分重要,因此搭建了一套采用探测线圈法的交流损耗测量平台,测试了一种中国科学院电工研究所采用PIT工艺制作的单芯铁基超导带材的交流损耗。该文介绍了采用探测线圈法测量超导材料交流损耗的一种测量平台的搭建与标定,以及采用标定过的测量平台在液氦温度下测量的一种采用PIT工艺制作的单芯铁基超导带材的交流损耗;并与计算得到的铁基带材超导芯的磁滞损耗和包套的涡流损耗进行了比较分析,得出了其交流损耗与背景磁场频率成正比,其涡流损耗可以忽略的结论。     

目标场法在悬浮超导球体的球形线圈设计中的应用

文中把目标场法引入到悬浮超导球体的球形线圈设计中,根据目标场法产生均匀磁场的原理,通过离散化绕组来近似处理球形线圈在超导球体和球形线圈的间隙内产生均匀磁场的电流密度分布规律。利用有限元分析和验证,在超导球体与球形线圈之间的间隙内产生了具有很好均匀性的悬浮磁场,这会明显提高超导球体悬浮的刚度和稳定性。     

射频超导谐振腔中的电磁场研究

由高纯铌制成的射频超导谐振腔在高场时会出现Q值下降现象，这是高场下超导腔表面局部磁场增强所致. 为研究高场下超导腔表面的电磁场特性，用单cell超导腔设计了腔表面峰值磁场的研究实验. 通过对单cell超导腔表面峰值磁场的测量，可以确定超导腔焊缝及iris附近表面是否存在缺陷，以便进一步进行腔的处理来改进腔的性能.     

辅助永磁体厚度对单畴GdBCO超导体捕获磁场分布及其磁悬浮力的影响

研究了两种磁悬浮系统组态中圆台形辅助永磁体厚度对高温超导体捕获磁场和超导磁悬浮力的影响。结果表明,圆台形辅助永磁体的下表面和GdBCO超导体上表面同处在一个水平面上,磁化用圆台形辅助永磁体的厚度H从5 mm增加到45 mm时,超导体捕获磁场和磁悬浮力与圆台形辅助永磁体的厚度直接相关。（1）当圆台形辅助永磁体的北极垂直向上且用液氮冷却后移除辅助永磁体时,最大磁悬浮力从21.8 N增大到26.5 N,再减小到22.9 N;（2）当圆台形辅助永磁体的北极垂直向下且用液氮冷却后移除辅助永磁体时,最大磁悬浮力从20.5 N减小到11.9 N ,再增加到20.4 N;（3）两种磁悬浮系统组态中最大磁悬浮力不一致,与零场冷情况下的最大磁悬浮力14.6 N也不同。在超导磁悬浮应用系统设计中,只有科学选择辅助永磁体形状和尺寸,合理设计组合方式,才能获得较强的磁场强度,提高超导磁悬浮力特性,该结果对促进高温超导体的实际应用具有重要的指导作用。     

Magnetic fields in 2D and 3D sphere

In this note we study the Landau–Hall problem in the 2D and 3D unit sphere, that is, the motion of a charged particle in the presence of a static magnetic field. The magnetic flow is completely determined for any Riemannian surface of constant Gauss curvature, in particular, the unit 2D sphere. For the 3D case we consider Killing magnetic fields on the unit sphere, and we show that the magnetic flowlines are helices with the given Killing vector field as its axis.     

Calculation of the force characteristics of a multi-coil suspension of a superconducting sphere

The theory presented in the accompanying paper [Ref. 1: Zh. Tekh. Fiz. 67(1), 3 (1997); Tech. Phys. 42, 1 (1997)] for the calculation of the magnetic field and the force characteristics of an electromagnetic suspension for a superconducting body is used to carry out specific calculations of the force characteristics of a multi-coil suspension of a superconducting sphere. Formulas are obtained for the dependence of the force and the stiffness, from which it is possible to approach the problem of the stable suspension of a superconducting sphere in the field of a system of circular currents. The problem of determining the magnetic field at the sphere is analyzed and the conditions are found for which it is less than the critical field. Zh. Tekh. Fiz. 67, 10–16 (January 1997)     

一种超导重力仪磁悬浮力的等效计算

为实现超导重力仪磁悬浮力的精确计算,以GWR型超导重力仪为模型基础,采用有限元的思想,将超导球表面电流理想化为多个等高共轴电流环,计算出各个电流环与超导线圈的作用力,求和得到线圈与超导球间的磁悬浮力。利用MATLAB完成计算程序实现,通过改变下线圈电流和上、下线圈电流比,获得满足一定条件的磁悬浮力及其梯度。选取合适的模型参数,计算出线圈对质量为m=4.069 g超导球的磁悬浮力大小为:Ftotal=3.988×10^-2N,磁悬浮力梯度为:-9.699×10^-3N/m,此时悬浮力梯度合适,满足系统稳定性和灵敏度的要求。     

Field Enhancement by a Metallic Sphere on Dielectric Substrates

We calculate the scattered local field around a small gold sphere on dielectric substrates which is illuminated by a collimated monochromatic beam. The numerical results show the field between the sphere and the substrate is much enhanced when the sphere is illuminated by a p-polarized beam. The enhanced area is very localized between the sphere and the substrate and the diameter of the enhanced area on the surface of the substrate is one fifth of the sphere diameter. The field increases as the gap distance decreases or as the refractive index of the substrate increases.This paper was originally presented at the 5th International Conference on NEAR FIELD OPTICS and RELATED TECHNOLOGIES (NFO-5), which was held on December 6–10, 1998 at Coganoi Bay Hotel, Shirahama, Japan, in cooperation with the Japan Society of Applied Physics and Mombusho Grant-in Aid for Scientific Research on Priority Area “Near-field Nano-optics” Project, sponsored by Japan Society for Promotion of Science.     

内/外部励磁方式下高温超导环的俘获场特性

高温超导磁体在闭环运行时,可以提供稳定磁场,但是由于高温超导带材无法实现无阻焊接,成为高温超导磁体闭环运行的技术瓶颈.本文利用第二代高温超导带材制备闭环超导环,采用内部励磁和外部励磁对超导环进行励磁,在液氮温度中(77 K)测量超导环的中心俘获磁场.结果表明超导环在内部励磁俘获的磁场值比外部励磁俘获的磁场值高;外部励磁中,超导环中插入铁芯柱能提高俘获场;内部励磁中,超导环在螺线管闭环运行俘获的磁场值比开环运行俘获的磁场值高.结果对于高温超导闭环磁体励磁和高温超导带材磁通动力学研究具有很重要参考价值.     

均匀磁场中转动的导体上电荷的分布

指出了在均匀磁场中运动的轴对称导体上分布的电荷所产生的附加磁场是很弱的，在忽略附加磁场时导体内的电荷是均匀分布的，并求出导体球上电荷分布。     

有关运动超导体电磁性质的几点讨论

在伦敦方程和电磁场的洛伦兹变换的基础上讨论了在磁场中运动的第一类超导平板的电磁性质。结果表明临界磁场将随超导体的速度的增加而减小 ;在穿透层内有一指数衰减的屏蔽电荷分布 ,其符号与超导体表面由运动感生的电荷相反、数量相等。屏蔽电荷屏蔽了表面电荷产生的感应电场 ,使电场和磁场一样在穿透层内指数衰减 ,在远离表面的内部 ,感应电场被完全屏蔽