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.     

在40MeV/u时112Sn+112Sn和124Sn+124Sn中多重碎裂的同位旋效应

利用同位旋相关的量子分子动力学模型,研究了^112Sn ^112Sn和^124Sn ^124Sn两个反应系统在入射能量E=40MeV/u时的多重碎裂。计算结果与实验值定性符合。观察到了两个反应系统中,中等质量碎片多重性,中子多重性,荷电粒子多重性与轻荷电粒子多重性之间的关联存在着明显的差别。另外,通过与膨胀蒸发源模型及同位旋相关的渗透模型分析结果的比较,发现这种差别主要是由同位旋相关的反应动力学所造成的。     

在40MeV/u时112Sn+112Sn和124Sn+124Sn中多重碎裂的同位旋效应

利用同位旋相关的量子分子动力学模型,研究了112Sn+112Sn和124Sn+124Sn两个反应系统在入射能量E=40MeV/u时的多重碎裂.计算结果能与实验值定性符合.观察到两个反应系统中,中等质量碎片多重性、中子多重性、荷电粒子多重性与轻荷电粒子多重性之间的关联存在着明显的差别.另外,通过与膨胀蒸发源模型及同位旋相关的渗透模型分析结果的比较,发现这种差别主要是由同位旋相关的反应动力学所造成的.     

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。     

Ti对Nb管富Sn法Nb3Sn上临界场Hc2的影响

测量了不掺 Ti 和不同掺 Ti 量的一组 Nb 管富 Sn 法 Nb_3Sn 样品的临界温度附近临界场,使用了 WHH 公式推算了上临界场 H_(c2)(o),研究了冷收缩应力对 Nb_3Sn 上临界场的影响,结果表明:随掺 Ti 量的增加 Nb_3Sn 的 H_(c2)(o)有较大地提高,其提高的主要原因是掺 Ti 以后改善了 Nb_3Sn 的冷收缩应力.     

Ti对Nb管富Sn法多芯Nb_3Sn超导转变温度T_c的影响

利用电阻法和电感法分别测量了不掺Ti和不同掺Ti量的一组Nb管富Sn法多芯Nb_3Sn样品的超导转变温度T_c,结果表明,掺Ti提高多芯Nb_3Sn T_c的主要原因是掺Ti以后改善了Nb_3Sn的冷收缩应力。     

原位法Nb_3Sn热处理中的Cu、Nb、Sn扩散分布

用电子探针和x射线衍射的方法研究了原位法生长Nb_3Sn热处理过程中Cu、Nb、Sn扩散分布。 在300℃热处理48小时,Sn-Cu合金芯形成了η和ε相,Nb纤维开始向纯Cu一方移动,等效于惰性标记的Nb纤维背离Cu-Sn合金的漂移,与da Silva在Cu/Cu(Sn)中观察到的结果正好相反.Nb纤维向外移动起源于中间相的形成. 550℃热处理生成Nb_3Sn的过程是Nb纤维先形成Nb-Sn固溶体,然后逐渐形成接近化学计量比的Nb_3Sn A-15相而不形成任何中间相.     

Sn的分析型键级势

基于类似于Tersoff-Brenner模型的键级势架构, 从Sn的5种几何构型的基本物性第一性原理计算结果和实验结果出发, 通过Levenberg-Marquardt方法建立了Sn的分析型键级势.利用得到的相互作用势和分子动力学方法, 计算了Sn的β 相和体心四方晶体相的晶体结构、结合能、键距、键能以及体变模量, 并进而计算了Sn的α 和β 相的自由能、内能和熵随温度的变化.结果表明, β 相和体心四方晶体相的基本物性以及α↔β 相变温度计算结果与实验值符合良好, 建立的分析型键级势可用于Sn基钎料合金性质的大尺度分子动力学模拟. 关键词： 原子间相互作用势 Sn 分子动力学 第一性原理     

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)     

核聚变用内Sn法Nb3Sn股线的制备与性能

采用内Sn法工艺研究了ITER用Nb3Sn股线的制备与性能.我们已成功的研究出了批量生产股线的制备技术,股线具有优异的特性.股线非Cu区的临界电流密度Jcn在12T、4.2K、0.1μV/cm判据下达到1087A/mm2;在±3T的磁场变化范围,磁滞损耗为540 kJ/m3(4.2K);股线的n值在12T、4.2K下为20.此外我们也研究了Nb3Sn层的显微结构和Nb/Sn比.     

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利用SHML模型计算了密度为ρ=1g·cm-3、温度为150eV、200eV、250eV、300eV、400eV的Sn等离子体的随光子能量变化的辐射不透明度及Rosseland平均不透明度.分析了不透明度随光子能量变化曲线的吸收峰值(不透明度峰值)与能级跃迁的对应关系.还将Sn的Rosseland平均不透明度与DCA/UTA及STA模型计算结果作了比较,吻合较好.     

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).     

Sn同位素的能级密度和熵

能级密度在研究核物理的动力学、热力学性质中具有重要的物理意义。本文利用壳模型和截断算法计算了Sn同位素的最低10 000个状态。$^{116}{\rm{Sn}}$在Sn同位素中空穴数和粒子数都为8,能级最为复杂,根据$^{116}{\rm{Sn}}$能级密度研究了能级密度与角动量的关系和体系的微正则熵。研究发现在偶宇称时的最低平均能级出现明显的角动量奇偶效应,用泡利不相容原理得到合理解释。进一步,又研究了Sn同位素的此性质,得到相同的结论。$^{116}{\rm{Sn}}$的微规范熵在低能量段受奇宇称的波动,这与中子对的断裂有关。     

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。     

Sn激光共振电离质谱分析中电离通道理论探讨

Sn激光共振电离质谱同位素分析中电离通道的选择非常关键。采用Dirac–Hartree–Fock（MCDHF）方法和相对论组态相互作用的GraspVU原子结构计算程序,计算了Sn、Te原子的低激发态能级结构、光谱跃迁几率。通过对Sn质谱分析用灯丝样品进行热蒸发实验,确定了Sn原子在蒸发条件下基态能级粒子布局。结合理论计算跃迁数据和布局数据,从选择性电离角度出发,推荐了Sn激光共振电离质谱分析中Sn电离光谱通道。     

122~125Sn中子谱因子的实验研究

多个Sn同位素位于慢速中子俘获（s-）过程路径上,其中子谱因子可用于计算ASn（n,γ） A+1Sn直接辐射俘获的天体物理反应率,并可研究Sn同位素对s-过程核合成的贡献。本工作在中国原子能科学研究院HI-13串列加速器Q3D磁谱仪上,对实验室系下8°~66°范围内的122,124Sn（d,p）和（p,d）单中子转移反应角分布进行了测量。利用DWBA理论计算了转移反应角分布,并提取了122-125Sn的基态以及123,125Sn第一激发态的中子谱因子。其中,122Sn和124Sn的基态中子谱因子是首次从实验上获得。由于本工作成功鉴别开了123,125Sn的基态和第一激发态的效应,因此给出的谱因子比前人的结果更可信。Several Tin isotopes are on the path of slow neutron capture (s-) process, and the direct components of (n, γ) reactions can be derived from their neutron spectroscopic factors. In the present work, the angular distributions of 122,124Sn(p, d) and (d, p) reactions are obtained using the high-precision Q3D magnetic spectrograph in Beijing HI-13 tandem accelerator in China Institute of Atomic Energy. The distorted-wave Born approximation (DWBA) calculations are performed to extract the neutron spectroscopic factors of the ground state of 122-125Sn and the first excited state of 123,125Sn. The neutron spectroscopic factors of the ground state of 122Sn and 124Sn are firstly obtained in this work. As the events of the ground state and first excited state of 123,125Sn can be distinguished clearly by our experiment, the neutron spectroscopic factories of 123,125Sn are more reliable.     

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。     

Sn激光共振电离质谱分析中电离通道理论探讨

Sn激光共振电离质谱同位素分析中电离通道的选择非常关键.采用Dirac–Hartree–Fock(MCDHF)方法和相对论组态相互作用的Grasp VU原子结构计算程序,计算了Sn、Te原子的低激发态能级结构、光谱跃迁几率.通过对Sn质谱分析用灯丝样品进行热蒸发实验,确定了Sn原子在蒸发条件下基态能级粒子布局.结合理论计算跃迁数据和布局数据,从选择性电离角度出发,推荐了Sn激光共振电离质谱分析中Sn电离光谱通道.     

Au80Sn20合金焊料制备工艺

针对高功率二极管激光器的封装要求,通过磁控溅射的方法制备了Au80Sn20合金焊料,使用扫描电子显微镜（SEM）观察其微结构和表面形貌;利用能谱仪（EDX）和X射线荧光测试仪分析其成分;采用差热分析法（DTA）测试其熔化温度,并用制备的Au80Sn20合金焊料进行了可焊性实验。结果表明:磁控溅射法可以制备Au80Sn20合金焊料,其制备的Au80Sn20合金焊料表面无明显缺陷,结构致密;成分与理论值接近;熔点与理论熔点接近;焊接浸润性好,空洞率小,强度大。     

金属Sn薄膜的高温氧化与表面特征

侧重研究了高温氧化（300－550℃）引起金属Sn薄膜的表面显微形貌和表面氧化状态的变化．利用原子力显微镜（AFM）的测量，观察到金属Sn薄膜表面的金属晶粒呈现近似方形的显微形貌，但是金属Sn氧化薄膜表面的金属氧化物颗粒却具有近似圆形的显微形貌，因此，金属晶粒的高温氧化是一个各向异性的过程．在X射线光电子能谱（XPS）测量的基础上，不仅发现在金属Sn薄膜和金属Sn氧化薄膜的表面都存在大量的吸附氧粒子，而且发现吸附氧粒子的吸附形式与表面的氧化程度有关 关键词：