超导磁体的分层设计

超导强磁场技术在实验室范围内已得到了广泛应用,例如用 Nb-Ti和 Nb3Sn材料绕制的、场强分别为8T和15T以下的中小型超导磁体已成为实验室的通用设备. 目前,实用超导材料仍然十分昂贵,国产Nb-Ti线每公斤一千元,Nb3Sn带(或线)每公斤约三千元.实验室用超导磁体重一般在十到数百公斤,那么建造一个超导磁体就需要一万到几十万元的投资.所以,任何旨在减小绕组体积(或重量)的设计方法的改进都将产生明显的经济效果.这一直是人们十分关注的一项研究课题. 一、实用超导材料的jc(B)特性 实用超导材料的临界电流密度Je与磁场B之间的关系如图1所示…     

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。     

Nb-Ti复合线(未包漆)失超动态过程的实验研究

采用双线圈闭合电路法研究了未包漆Nb-Ti复合线的失超动态过程. 测出了超导材料的正常区最小触发能量~8m,在不同的背景场强及工作电流下正常区的传播速度v以及I_pI_ml各参量.发现漆膜对失超过程的V-l特性曲线的形态及各特征参量有显著的影响. 当单位导体长度上的释热功率高于某一临界值时,正常区从一维传播过渡到二维传播. 实验表明,双线圈闭合电路法可以预测超导材料的运行特性以及简单地给出超导磁体失超过程的各种信息.它有助于大型磁体工作点的选取和在一定幅度的热脉冲条件下的稳定性分析,有可能作为超导材料的一种常规检测方法加以推广.     

75kG高均匀度Nb-Ti超导磁体

本文报道一个75kG Nb-Ti超导磁体.在直径2cm的球体内,磁场均匀度为7.52×10~(-5).当磁体通过超导开关闭环运行时,磁场的时间稳定度为2.33×10~(-5)hr~(-1)。并且通过我们发展的一种新方法,使磁体在闭环运行时,可以用微调线圈进行磁场的细微调节。     

超导强磁场材料的新进展

本文评述了超导强磁场材料的新进展。基础科学和高技术的迅速发展,对超导强磁场材料不断提出新的要求。针对一些特定的应用目标,现行的实用超导材料,如Nb-Ti、Nb_3Sn和V_3Ga等,在改进制备工艺和提高性能两个方面都取得了明显的进展。有关多芯复合导体的微结构研究正在蓬勃地展开。对一些具有潜在应用前景的超导体研究,正预示着它们将成为超导技术中使用价值更高的新型材料。基于所研究的科学问题具有交叉学科的特点,今后组织多学科的力量开展合作研究,必将加速这一领域工作的发展。     

超导强磁场材料的新进展

本文评述了超导强磁场材料的新进展。基础科学和高技术的迅速发展,对超导强磁场材料不断提出新的要求。针对一些特定的应用目标,现行的实用超导材料,如Nb-Ti、Nb_3Sn和V_3Ga等,在改进制备工艺和提高性能两个方面都取得了明显的进展。有关多芯复合导体的微结构研究正在蓬勃地展开。对一些具有潜在应用前景的超导体研究,正预示着它们将成为超导技术中使用价值更高的新型材料。基于所研究的科学问题具有交叉学科的特点,今后组织多学科的力量开展合作研究,必将加速这一领域工作的发展。     

前驱膜形貌对TFA-MOD技术生长YBCO超导薄膜的影响

本文采用三氟乙酸盐-金属有机沉积(TFA-MOD)技术在LaAlO3(00l)单晶基片上、在不同的低温热处理条件下制备出不同形貌的前驱膜.从金相显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)观察可以看出,低温预分解时造成前驱膜的形貌不完整性在高温处理后并没有消除.对高温热处理后的YBCO成相膜用X射线衍射进行了物相定性分析,用Jc-Scan Leipzig系统对超导薄膜进行了超导性能分析.结果表明,前驱膜的形貌不完整性造成高温成相阶段样品杂相出现和超导性能降低.经过对低温热处理条件的优化,得到表面形貌完整的前驱膜,避免了高温成相阶段杂相出现,提高了涂层导体的超导性能,Jc可以超过1.5MA/cm2.     

铜铌溅射型低β超导腔的研制及初步实验

超导谐振腔是超导加速器的关键部件.用于重离子超导加速器的低β加速腔的最佳选择是四分之一波长谐振腔(QWR).目前,利用无氧铜为基底,溅射一层几微米厚的铌膜,可以获得极好的超导性能和加速离子性能.但是,四分之一波长谐振腔的内表面复杂,溅射均匀的铌膜比较困难.针对此难题,发展了一种多参数可调节的溅射方法,在640×φ220的大型腔体内,成功地生成了一层均匀的、超导性能优异的铌膜.超导腔的低温实验表明铌膜的性能良好.     

Nb_3Sn超导临界温度随应变退化效应的分析模型研究

力学变形诱导的Nb_3Sn超导临界性能退化给超导磁体装置的电磁性能指标和安全运行造成了极其不利的影响.由于对Nb_3Sn超导临界性能应变退化效应认识的不足,目前仍缺乏统一适用于不同应变状态下的工程设计用一般本构模型.本文基于张量函数的表示理论和Nb_3Sn电子态密度Bhatt模型,建立了可以统一描述不同加载模式下Nb_3Sn费米面态密度变化的演化模型,并基于此给出了能够与不同实验结果吻合较好的刻画超导临界转变温度应变退化特征的分析模型.正作为国际热核聚变实验反应堆(ITER)、核磁共振(NMR)波谱仪以及高能物理(HEP)等超导磁体构件用超导材料之一,Nb_3Sn超导材料在高场超导磁体领域引起了广泛的研究关注[1-4].力学变形诱导的Nb_3Sn超导材料超导电性能(临界温度、上临界磁场、临界电流密度)退化,给超导磁体的安全稳定运行造成了极其不利的影响[4].针对Nb_3Sn超导材料变形-超导电性能耦合行为,Ekin进行了系列实验[5],实验结果表明,力学变     

提高射频超导加速腔性能的表面干式处理研究

射频超导谐振腔以其优越性在加速器领域起到了常温加速腔无法替代的作用. 超导腔的表面 特性直接影响到加速腔的性能. 为进一步提高超导腔的加速性能，北京大学利用超高真空氩 离子清洗技术发展了一种超导腔表面的干式处理方法. 与传统的湿处理方法(化学抛光BCP和 电抛光EP)相比，干式处理方法具有其特有的优点，有可能成为一种新的超导腔表面处理方 法，对提高加速腔的性能起到推动作用. 进一步的研究正在进行之中. 关键词： 射频超导 表面处理 溅射 抛光     

Bi(Pb)-Sr-Ca-Cu-O高T_c超导纤维的研究

本文研究了高 T_c 的 Bi_(2-x)Pb_xSr_2Ca_2Cu_4O_y 超导纤维(x=0.3,0.5)的性能和亚结构.晶纤用激光加热基座(LHPG)法生长.结果表明,块状烧结样品拉制成晶纤后,超导相增多,致密度增加,织构化明显,因而超导性能明显改善.在拉制样品过程中,虽然 Pb 有所挥发,但大部分仍留在晶纤内.     

磁耦合谐振式超导无线电能传输线圈错动对传输效率的影响仿真

超导以其低阻抗的特性,受到了广泛关注和应用.将超导线圈引入无线电能传输系统中,能够提升其传输性能.本文通过有限元仿真软件COMSOL Multiphysics对超导线圈错动对无线电能传输系统传输性能的影响进行了仿真,得出超导无线电能传输性能较之传统的在线圈错动时性能更好,在大功率的使用场合中能更好的适应实际情况,减少损耗,提升传输质量,为超导无线电能传输技术的应用提供了一定的参考依据.     

基于RBF-PID的超导变压器励磁电源控制系统研究

超导导体测量装置中的超导变压器由于次级线圈接头电阻的损耗会引起次级电流的衰减,为了克服次级电流衰减的影响,改善超导变压器的输出性能.对超导变压器原理进行分析,建立超导变压器数学模型,采用一种基于RBF-PID算法对超导变压器励磁电源进行控制.在MATLAB/Simulink中搭建超导变压器控制系统仿真模型,结果表明,与传统PID控制系统相比,RBF-PID控制系统的响应速度更快,超调量更小,鲁棒性能更好.     

一个具有高均匀度的组合Nb-Ti超导磁体

本文报道一个76.2kG的组合Nb-Ti超导磁体,它由一个六次线圈和一个四次线圈组成.这种组合磁体可以大幅度地节省超导线材.在φ2cm的球体内,六次线圈的磁场均匀度为5.67x10~(-5)cm~(-1),组合场的均匀度不低于8.71×10~(-4)cm~(-1).测量并讨论了超导体低场抗磁性对场强的影响问题.     

Nb-Ti超导磁体的实验研究

本文分析研究了实验室用中小型Nb-Ti超导磁体的绕制工艺及其对超导磁体稳定性的影响.     

Bi-2212超导圆筒初始粉制备

为了提高应用于感应屏蔽型限流器的超导圆筒性能,也为了了解初始粉对部分熔融工艺参数,最终块材性能以及微观结构的影响.本文采用不同的初始粉制备工艺制备了Bi-2212初始粉,分析了初始粉的物相组成,碳含量,并应用部分熔融工艺烧制成超导块材.用扫描电镜观察了最终超导块材中的相和微观结构.标准的四引线法测得77K下自场的临界电流密度可超过1,000A/cm2.超导圆筒的临界电流达到200A.     

基于纳米前驱粉制备Sm-Ba-Cu-O单畴超导块材及其超导性能

本文探索了采用纳米级前驱粉制备Sm-Ba-Cu-O超导单畴块材的制备技术,并研究了相应超导块材的超导性能.研究发现,采用纳米前驱粉制备的单畴块材中不易形成大尺度(1～10微米)Sm2BaCuO5(Sm211)颗粒,有利于降低磁通钉扎中心的尺寸.然而,纳米粉体较强的化学活性增强了Sm在Ba位置上的自掺杂效应,使得较小量的Sm211就可能导致超导电性被显著抑制,从而降低超导块材的超导性能.     

NbTi、Nb_3Sn超导线拉伸性能研究

超导线材的力学特性是决定超导线使用性能的主要因素之一.超导电缆绞制过程中的张力、扭矩,和电缆载流时产生的电磁力都会使超导线发生各种应变,从而对其临界性能造成影响.因此研究单根超导线的力学性能对分析预测超导电缆的临界性能有重要参考意义.本文主要对以Nb系低温超导材料为基础的NbTi、Nb3Sn超导线在不同温区进行了拉伸实验,测得不同种类、不同状态的超导线在不同温度下的杨氏模量和抗拉强度.并对部分实验结果进行了对比分析和数值拟合.     

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.     

超导电缆的性能检测方法研究

超导电缆与常规电缆在电磁特性上有很大差异。因此,有必要对其试验内容、性能检测方法和试验设备进行研究和规范。文中从超导电缆的电磁特性出发,探讨了超导电缆的试验内容及性能检测方法,并重点介绍了超导电缆交流损耗的测量方法。