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。     

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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。     

高温超导电流引线在EAST装置工程调试中投运

EAST全超导托卡马克核聚变实验装置有一对纵场磁体电流引线和12对极向场线圈电流引线,额定电流为14.5～16.3 kA,在第二轮装置工程调试中5对高温超导电流引线投入运行.这些电流引线的高温超导段系传导冷却,上端用79K液氮冷却,下端由4.5K超临界氦流迫冷;铜电流引线段采用氮蒸汽冷却.运行参数表明高温超导电流引线具显著的节冷效益.本文介绍这些电流引线的运行工况和安装前的接收试验结果.     

EAST降温实验中HTS电流引线的降温操作与自动控制

EAST装置的8对铜电流引线于2007年升级改造为HTS电流引线。基于改造后的冷却回路和降温操作经验,在低温DCS中设计并实现了HTS电流引线降温操作的自动控制,包括降温流程的顺序控制和自动安全监控,以及液位和温度等关键过程参数的自动控制回路。经过降温实验验证,以上自动控制策略完全满足HTS电流引线的降温要求。     

EAST氦制冷机冷箱降温过程动态模拟

基于Aspen HYSYS,对EAST氦制冷机冷箱的板翅换热器、透平膨胀机、液氮预冷换热器等部件进行自定义开发,并结合实验数据完成了部件的仿真建模。在部件建模的基础上,建立了制冷机冷箱80K以下流程的降温过程动态仿真模型。实验数据表明,冷箱仿真模型能够反映实际制冷机的降温趋势,可以用来对冷箱降温过程进行仿真。探讨了透平启动时间对降温速率的影响,完成了300K~4.5K的降温过程的动态模拟。     

快速应对电网闪对EAST低温系统影响研究

EAST氦低温系统是EAST(Experimental Advanced Super-conducting Tokamak)先进超导托卡马克实验装置重要子系统之一;EAST氦低温系统是高能耗能系统,拥有7台氦压缩机(4台低压缩机,3台高压缩机),总功率达到1.4 MW左右,由于EAST实验是连续运行(每次在120天以上),中间不能有停机、停电等事故,否则实验无法正常运行。其供电稳定性是个大问题,对供电系统、变电站的要求都很高;然而在实验期间由于一些非人为因素,还是出现几次"电网闪"跳电事故,低温系统压缩机部分或全部停机、氦透平膨胀机全停、冷却水泵系统全停、真空泵系统全停等事故。若事故处理不当会导致丢气、管道压力过高、液氦容器爆炸、损坏磁体等严重后果。文中给出了EAST实验期间出现电网闪的事故时进行相应处理步骤与一些快速应对的操作经验。     

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。     

MECO超导磁体支撑和冷屏的热流体计算

μ介子转化为电子实验装置(MECO)是美国能源部目前在建的一个高能物理项目。本文提出了MECO中的PS、TS1、TS2、DS四个超导螺线管磁体支撑和冷屏新的冷却方案,设计了支撑和冷屏的冷却结构。采用三维仿真方法,计算得到新方案下磁体冷质量的热负荷,并计算了50K冷却氦流质量流量、压降的大小以及冷屏上温度分布。从而为冷却结构设计和制定的新方案提供可靠的理论依据。     

EAST装置15kA高温超导电流引线研发

低温超导磁体采用高温超导电流引线能显著降低制冷系统的造价和运行费用.正在建造中的大型超导托卡马克核聚变试验装置(EAST)需要一对16kA和12对15kA电流引线.所研发的电流引线采用美国超导(AMSC)公司提供的Bi-2223/Ag-Au带材, 每5条超导带组成单元叠,与不锈钢支撑圆筒表面50个槽软钎焊成超导段.支撑筒两端铜接头,温端与铜电流引线段丝扣连接并低温钎焊;冷端与100根NbTi/Cu超导线直接锡铅钎焊.冷端采用4K超临界氦流冷却;温端正常运行温度为78K,用液氮冷却.设计要求在此冷却条件下的临界电流大于16kA.78～290K铜电流引线采用3头螺旋槽换热器,冷氮气冷却.为提高电流引线的安全性,在高温超导段温端贮存适量液氮作为热沉,大大增加电流引线被烧毁的时间常数.     

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。     

EAST超导托克马克磁体的大型供电供冷外馈线

EAST全超导托克马克聚变实验装置由16个D形环向场线圈和12个圆形极向场线圈组成,大半径1.7m,当环形场线圈励磁14.3kA时,中心场3.5T;±14.5kA极向场线圈可提供10Vs磁通量变化.连接这些超导磁体与13台独立电源和一台制冷机之间的低温和超导部件组成大型供电供冷馈线,在EAST装置外部的外馈线包括:两组超导母线;13对电流引线及其杜瓦;一个大的低温分配恒温器,内装有40多个低温控制阀,4.4K液氦槽,3.8K过冷槽,78K液氮槽和4台超临界氦循环泵;五条低温传输线.本文介绍外馈线的设计、安装和运行情况.     

ITER超导磁体线圈电磁分析

ITER装置CS线圈、PF线圈、TF线圈是ITER装置超导磁体系统的重要组成部分.电磁性能是超导磁体重要的方面,在研制时对各个线圈的电磁分析是十分重要的.文中通过PRO/E建立模型用Ansys软件,对ITER导体的线圈在其最大工作电流下进行有限元分析,分析的模型分别为:只有CS线圈与PF线圈二维模型;单独TF线圈三维模...     

冷冻靶制备用低温氦气循环系统

常温高压渗透充气、低温冷却的冷冻靶球,需要20K以下的低温循环氦气,用于冷却高压渗透室和低温恒温腔。本套系统采用GM制冷机为冷源,采用专用氦压缩机为循环泵,设计高效率的回热式换热器,实现末端的20K以下低温氦气,通过低温氦气冷却终端部件,实现了20K的低温恒温环境和渗透室的冷却。     

Cryogenics for the future accelerator complex NICA at JINR

The NICA cryogenics will be based on the modernized liquid helium plant that was b uilt in the early 90’s for the superconducting synchrotron known as the Nuclotron. The main goals of the modernization are: increasing of the total refrigerator capacity from 4000 W to 8000 W at 4.5 K, making a new distribution system of liquid helium, and ensuring the shortest possible cool down time. These goals will be achieved by means of an additional 1000 l/hour helium liquefier and “satellite” refrigerators located near the accelerator rings. This report describes the design choices of the NICA, demonstrates helium flow diagrams with major new components and briefly informs of the liquid nitrogen system that will be used for shield cooling at 77 K and at the first stage of cooling down of three accelerator rings with the total length of about 1 km and “cold” mass of 290 tons.     

EAST低温系统已研制氦透平膨胀机测试分析

EAST氦低温系统是EAST( Experimental Advanced Super-conducting Tokamak)先进超导托卡马克实验装置重要子系统之一;4 台氦透平膨胀机又是EAST氦低温系统的核心部件.文中主要对已研制出的1台氦透平膨胀机的结构、调试过程与调试结果等进行一些分析,还给出了氦透平的启动过程...     

低温温度计标定装置的研制

国家大科学工程 HT- 7U托卡马克 (Tokamak)是一个全超导核聚变实验装置。装置主机由1 6个纵场 (TF)超导线圈和 1 2个极向场 (PF)超导线圈组成 ,分别采用 4.2 K和 3 .8K超临界氦迫流冷却。选用新型低温温度计 Cernox测量超导线圈系统的温度。文中介绍低温温度计标定装置的研制和温度计 Cernox的标定结果。     

HT-7U纵场磁体CICC导体设计

国家“九、五”重大科学工程HT-7U托卡马克(Tokamak)是一个全超导核聚变实验装置，装置主机包含有16个纵场(TF)超导线圈和14个极向场(PF)超导线圈．线圈采用NbTi CICC导体(Cable in-Conduit Conductor)绕制，用超临界氦迫流冷却．本介绍CICC导体的设计和导体短样的测试结果．