超导隧道结临界电流随外加直流磁场变化的实验研究

由于超导隧道结的临界电流对磁场特别敏感,因而可以用磁场来检验隧道结的质量.本文介绍了一种测量隧道结临界电流l_c随外加磁场H变化的装置,它可以使l_c-H关系直接显示在X-Y记录仪上.对于不同尺寸的超导隧道结进行了测试,获得了初步的结果,作了相应的讨论.     

Bi-2212超导线临界性能研究

Bi-2212高温超导线是目前高温超导材料中唯一可以制成圆线的超导材料,这为使用其绞制超导电缆,制备CICC导体提供了可能性。因此,需要研究其各种性能,为今后导体设计和运行参数设定提供依据。临界电流和n值是衡量超导线性能的主要参数,采用四引线法测量了西北有色金属研究院使用粉末穿管法(PIT)制备的Bi-2212超导线在0-12T背景磁场中临界电流和n值,用Asterisk给出的定标率公式对临界电流随磁场变化率关系进行了拟合并加以分析。     

一种新的超导储能磁体结构优化方法北大核心CSCD

高温超导线材的各向异性一直影响其在工程中的使用性能,临界电流主要受磁体最大垂直磁场(垂直于带材表面)决定,最大应力通常出现在最大轴向磁场(平行于带材表面)处.文章针对单螺线管超导储能磁体,从增大临界电流和减小机械应力两方面出发,提出一种新的超导储能磁体结构优化方法.利用MATLAB从不同径高比(平均半径/高)着手,计算带材总长度为2000m的多组磁体结构参数,建立了单螺线管超导磁体的有限元模型,结合COMSOL仿真软件获得多组结构参数的应力、磁场分布以及磁场最大值,将承受最大应力区域的磁体转移至磁体两端中部区域.对参与转移的磁体参数进行计算,分析对比不同转移参数对磁体应力和临界电流的影响.仿真结果表明,对比常规磁体,优化后的磁体能有效减小最大垂直磁场从而增大临界电流,减小最大轴向磁场从而减小最大应力,对超导储能磁体的优化具有重要意义.     

一种新的超导储能磁体结构优化方法

高温超导线材的各向异性一直影响其在工程中的使用性能,临界电流主要受磁体最大垂直磁场(垂直于带材表面)决定,最大应力通常出现在最大轴向磁场(平行于带材表面)处.文章针对单螺线管超导储能磁体,从增大临界电流和减小机械应力两方面出发,提出一种新的超导储能磁体结构优化方法.利用MATLAB从不同径高比(平均半径/高)着手,计算带材总长度为2000m的多组磁体结构参数,建立了单螺线管超导磁体的有限元模型,结合COMSOL仿真软件获得多组结构参数的应力、磁场分布以及磁场最大值,将承受最大应力区域的磁体转移至磁体两端中部区域.对参与转移的磁体参数进行计算,分析对比不同转移参数对磁体应力和临界电流的影响.仿真结果表明,对比常规磁体,优化后的磁体能有效减小最大垂直磁场从而增大临界电流,减小最大轴向磁场从而减小最大应力,对超导储能磁体的优化具有重要意义.     

基于有限元的高温超导线圈临界电流快速算法

超导线圈在电力设备中应用广泛。临界电流作为超导线圈的一项重要参数,在电力设备复杂的电磁环境中快速和准确预测线圈的临界电流是非常重要的。基于有限元(FEM),分别使用H方程模型与磁场(简称:MF)等效模型对一个双层的高温超导线圈临界电流进行了计算,两种模型的仿真结果一致,并分析了MF等效模型仿真快速高效的原因。将MF等效模型拓展至含分磁环的超导线圈中,进一步计算不同外场条件下分磁环对临界电流的影响,并发现分磁环影响下的端部电场激升是线圈临界电流下降的主要原因。     

直流背场下高温超导带材临界电流及n值的分析

本文在77 K温度下,采用四引线法就超导带材,分别在0～100 mT不同的外界磁场强度和0～90°不同的磁场方向下进行测量,分析第二代高温超导带材的临界电流和n值对直流背景磁场的依赖性。结果表明,随着外界磁场强度的增大,超导带材的临界电流逐渐衰减,当磁场由0°平行方向转向90°垂直方向的过程中,临界电流逐渐衰减,且衰减逐渐严重;随着磁场强度的增大,超导带材的n值减小;随着磁场与带材夹角由0°变为90°,超导带材的n值不断减小,但减小的程度逐渐缓慢。     

锡烯超导中的第二类伊辛配对机制

正超导体在外加一定的磁场时会通过产生超流来保证磁力线不进入到体内,这个现象就是著名的迈斯纳效应。对于第二类超导体,当磁场超过一临界值——下临界磁场(B_(c1))——时,超导体体内会出现许多不再超导的"核",磁力线以量子磁通的形式穿过它们。超流环绕这些"核"而形成涡旋,这保证体内其他区域仍处于超导态。随磁场的增加,涡旋密度会逐渐增加。当磁场增大到上临界磁场(B_(c2))时,超导区域趋于零,整个材料将转变到正常态。可见,超导体的临界磁场是超导的基本性质之一,也是决定超导体应用的一项     

横向磁场中超导圆柱体的表面超导电性

本文用文[1—3]的方法研究了横向磁场中超导圆柱体的表面超导电性。对表面在φ=π/2和3π/2附近出现两个超导条形带及其对于角φ的反演对称性质给出了理论解释。求出了第三临界场。     

Bi-2223/Ag高温超导带材临界电流实验研究

为了研究磁场、温度对Bi-2223/Ag带材超导性能的影响,建立了一套测量带材临界电流的实验装置,该装置能够提供稳定的背景磁场,控温精度最高可达±20m K,在零场、控温(77.3K)条件下样品的临界电流测量值与带材给定参数基本吻合,表明该装置测量精度满足要求;文中将高温超导带材放在特制控温罩中,使用He气冷技术和温控系统调节样品温度(4.2—80K),测量了在0—12T背场下高温超导带材的临界电流,并系统地分析了Bi-2223/Ag带材临界电流对温度和磁场的依赖关系。     

超导磁体及其应用

自从1911年翁纳斯(Kamerlingh Onnes)发现了超导现象以来,已经过去六十八年了.然而,真正使超导有其重大的应用价值,也只不过是近十几年的事情.原因很简单,虽然一些材料在一定温度下变成了超导体(即电阻消矢,完全抗磁),然而它本身的临界电流和临界磁场H都很低,没有什么实用价值.直到发现了和H都很高的非理想第类超导体并能把它加工成可复绕的线材和带材之后,超导体在实际生活中才获得了广泛的应用.现阶段国内外生产的超导材料,大都用于制造各种不同用途的实用超导磁体. 下面我们就超导磁体的一些问题谈点意见. 一、超导磁体的设计要求 如图…     

高温超导带材长带Ic均匀性非接触连续测量系统

利用非接触法测量超导带材在去除背场后的剩余磁场是一种测量超导带材沿长度方向临界电流均匀性的行之有效的方法.超导带材的性质沿长度方向是变化的,去除背场后的剩余磁场可以被探测并且正比于超导带材的临界电流的大小.本文还提出一种利用非接触法测量超导带材临界电流均匀性的设备的设计方案,主要用于超导带材临界电流均匀性的快速和自动化测量.     

高温超导薄膜临界电流密度的无损测量研究

临界电流密度Jc是超导薄膜的一个重要参量,它可以衡量超导薄膜的功率承载能力。大面积高温超导薄膜制成后,其Jc需要被无损精确测量。文中提出了一种新的交流磁场下的高温超导薄膜临界态模型:(1)基于此模型对薄膜的临界电流密度进行了精确无损测量;(2)并将实验测量的三次谐波电压曲线进行拟合研究。首先,根据麦克斯韦方程和伦敦方程,计算外加直流磁场超导薄膜Meissner态下电流和磁场在薄膜内的分布;然后分析薄膜进入临界态后内部电流的变化,在考虑顶扎力作用的情况下,提出了临界态电流和磁场非均匀分布模型;最后根据其模型,推导出三次谐波电压的表达式。为了验证该理论,分别对四片超导薄膜在不同频率下进行了三次谐波和临界电流密度测量。实验结果表明:三次谐波电压的理论与实验曲线一致;与四点传输法的测量结果相比较,该方法测量超导薄膜临界电流密度的误差在5%左右,具有高精度、无损伤、方便快捷等优点。     

Al_2O_3衬底MgB_2薄膜的超导特性随薄膜厚度的变化

近来超薄MgB_2薄膜被认为在研制新型超导电子器件方面具有比较重要的应用前景,对其超导特性的研究同时对理解低维度情形下的多带超导电性也有重要意义.在(0001)Al_2O_3衬底上,我们利用混合物理化学气相沉积方法生长了一系列厚度在50nm至10nm的MgB_2超导薄膜,测量了薄膜的电阻率—温度曲线及其在不同磁场下的超导转变,考察了薄膜的基本特性参数如超导转变温度T_c、剩余电阻比RRR及超导上临界磁场H_(c2)等随薄膜厚度d的变化.测量发现H_(c2)(T)随温度变化呈现出线性依赖关系,反映出MgB_2薄膜的两带超导特性.随着d的降低,发现薄膜的T_c及RRR值逐渐下降,0K时的H_(c2)(0)逐渐升高.进一步地,我们发现薄膜的T_c与H_(c2)(0)都随RRR值呈现出比较单调的变化:T_c随RRR值降低而降低,H_(c2)(0)随RRR值降低而升高,表明RRR值是影响薄膜超导特性的比较重要的变量.依照两带超导理论对此现象的分析表明,与薄膜的RRR值降低相伴随的可能是MgB_2薄膜内σ带电子和π带电子的带间散射率的增强.     

Al_2O_3衬底MgB_2薄膜的超导特性随薄膜厚度的变化

近来超薄MgB2薄膜被认为在研制新型超导电子器件方面具有比较重要的应用前景,对其超导特性的研究同时对理解低维度情形下的多带超导电性也有重要意义.在(0001)Al_2O_3衬底上,我们利用混合物理化学气相沉积方法生长了一系列厚度在50 nm至10 nm的MgB2超导薄膜,测量了薄膜的电阻率—温度曲线及其在不同磁场下的超导转变,考察了薄膜的基本特性参数如超导转变温度T_c、剩余电阻比RRR及超导上临界磁场H_(c2)等随薄膜厚度d的变化.测量发现H_(c2)(T)随温度变化呈现出线性依赖关系,反映出MgB_2薄膜的两带超导特性.随着d的降低,发现薄膜的T_c及RRR值逐渐下降,0 K时的H_(c2)(0)逐渐升高.进一步地,我们发现薄膜的T_c与H_(c2)(0)都随RRR值呈现出比较单调的变化:T_c随RRR值降低而降低,H_(c2)(0)随RRR值降低而升高,表明RRR值是影响薄膜超导特性的比较重要的变量.依照两带超导理论对此现象的分析表明,与薄膜的RRR值降低相伴随的可能是MgB_2薄膜内σ带电子和π带电子的带间散射率的增强.     

一种高温超导薄膜临界电流密度感应法无损测量装置

临界电流密度(Jc)是超导薄膜、块材、带材等材料的基本性能参数,决定了超导器件及设备的性能和稳定性,简易、准确的无损Jc测量方法对超导材料特性研究及超导器件的性能保障具有重要意义。本文介绍一种基于三次谐波测量的高温超导薄膜局部临界电流密度测量方法和测量装置。研究显示,在一定幅值的初级线圈交流磁场激励下,Ⅱ型超导体会产生非线性响应,通过分析次级线圈中三次谐波分量的幅值变化,可以推算超导体的局部临界电流密度。我们搭建了一套基于此原理、适用于液氮条件的测量装置。通过对比实验,对测量的准确性进行了验证,尤其针对微弱的微纳伏量级被测信号,采取了必要的噪声抑制措施,并通过对测量数据的校正,提高了测量的准确度。实验研究显示,基于三次谐波测量的方法对于超导薄膜的临界电流密度的测量准确度较高,进行误差修正后,测量装置的误差小于10%。超导薄膜感应法测量装置的搭建十分方便,而且应用灵活,对于大面积超导薄膜的临界电流密度分布测量具有十分显著的优势。     

不同热处理条件下Bi-2212超导线材的临界性能研究

Bi-2212高温超导材料在4.2K具有优异的磁场载流性能,并且是目前高温超导材料当中唯一可制备成各向同性圆线的材料,可以绞制成大电流的CICC电缆,也是大型超强磁场磁体的首选材料之一。高压热处理技术可以大幅提高材料超导性能。临界电流与n值是超导导线的主要性能参数。本文测量了两组分别经过常压和高压热处理的超导线在不同背景磁场中的临界电流和n值。测试所用Bi-2212导线是以Ag和Ag/Mg合金为基体,采用粉末装管法制备而成,两组导线在890℃下经不同压强热处理。从对比的数据中定性地分析热处理压强和超导线性能之间的关系。     

关于MgB2/Al2O3超导薄膜电阻转变和各向异性的研究

利用电子束蒸发方法将MgB2超导薄膜沉积到Al2O3(001)衬底上.采用标准的四引线法研究了磁场平行和垂直超导薄膜ab平面下的电阻转变.一个激活能模型 U(T,H)= U0(1-T/(Tc+δ))n (1-H/Hc2(0))m被建立用来分析超导薄膜磁通线的激活能和电阻转变,结果表明该模型能够在整个转变温度范围描述超导体磁通线的激活能和电阻转变.另外,利用多项式Hc2(t)=Hc2(0)+At+Bt2分析了MgB2/Al2O3超导薄膜的上临界磁场,获得了该超导薄膜的各向异性参数γ=Hc2ab(0)/Hc2c(0)= 2.26.     

射频超导腔加速性能的改进

 为提高超导加速腔的加速梯度和Q值，改进了薄膜型超导腔的加速性能。研究证明，对于铜铌溅射腔，在无氧铜衬底和铌膜之间加入NbN 层可以提高铌膜的超导转变温度，改善晶格结构；对纯铌超导腔提出了改进方法，在传统的纯铌超导腔表面制备多层的超导-绝缘-超导复合膜可以屏蔽Nb腔表面的界面场，提高超导腔的临界磁场，从而提高了铌腔的加速梯度。     

射频超导腔加速性能的改进

为提高超导加速腔的加速梯度和Q值，改进了薄膜型超导腔的加速性能。研究证明，对于铜铌溅射腔，在无氧铜衬底和铌膜之间加入NbN 层可以提高铌膜的超导转变温度，改善晶格结构；对纯铌超导腔提出了改进方法，在传统的纯铌超导腔表面制备多层的超导-绝缘-超导复合膜可以屏蔽Nb腔表面的界面场，提高超导腔的临界磁场，从而提高了铌腔的加速梯度。     

高温超导带材临界电流角度依赖性测量分析

第二代高温超导带材与第一代相比,有着载流能力强、交流损耗低、无需贵金属等优点,在超导电力应用中有广阔前景。高温超导带材临界电流在外磁场的影响下会发生衰减,超导带材临界电流的角度依赖性是超导电力装备设计必不可少的参数。实验选取温度50～77 K、磁场0～3.5 T、磁场角度0～360°区间,分别测量了上海超导、苏州新材料等厂家生产的市面主流第二代高温超导带材的临界电流,分析了不同背景磁场大小及角度下超导带材的各向异性。结果表明,各厂家生产的超导带材具有明显的各向异性。