高温超导材料强磁场下的制备研究

得益于低温技术和超导磁体技术的发展，10T以上无液氦超导磁体技术已经比较成熟．作为提高高温超导材料性能的手段，强磁场技术应用于高温超导材料制备过程中的研究得到了广泛开展．本文介绍强磁场下高温超导材料制备研究的现状、进展及发展趋势．     

高温超导材料强磁场下的制备研究

得益于低温技术和超导磁体技术的发展,10T以上无液氦超导磁体技术已经比较成熟.作为提高高温超导材料性能的手段,强磁场技术应用于高温超导材料制备过程中的研究得到了广泛开展.本文介绍强磁场下高温超导材料制备研究的现状、进展及发展趋势.     

国产MOCVD-YBCO带材高温超导线圈研制与磁场温度特性研究

超导磁体的场强与超导材料的载流能力、磁体口径和低温环境有密切关系.为了在中高温区域实现高磁场强度的超导磁体,采用国产第二代高温超导带材,成功绕制出内直径为100 mm的高温超导线圈.该超导线圈在77,65,55和46 K不同温区下进行了性能测试,其最大运行电流分别为65,147,257和338 A,对应的中心磁场强度分别为0.78,1.77,3.1和4.08 T.所研制的超导线圈的中平面上磁场基本一致.     

磁约束等离子体推进器高温超导磁体系统的电磁计算

在地面实验中磁约束等离子体推进器磁体系统是靠四个NbTi低温超导磁体提供磁场,现在设计依靠G-M制冷机传导制冷的由Bi2223超导带材绕制成的四个高温超导磁体替代以前的四个低温超导磁体.本文利用ANSYS有限元分析软件进行电磁计算,得出高温超导磁体的参数。     

Nb_3Sn超导磁体的设计与制作

本文介绍了用BASIC程序计算螺线管超导磁体的磁场和磁场均匀度。根据磁场均匀度的不同要求,给出复合磁体系统中内磁体的几何尺寸及所需线材。实例给出的是采用多芯Nb_3Sn复合导体制作螺线管磁体的工艺及某些测量结果,对于Nb_3Sn磁体的制作具有普遍适用性。     

一种大口径无液氦低温超导磁体系统的研制

将铜和不锈钢材料制作成Φ646mm×1175mm大口径低温超导磁体复合骨架,骨架两端设计有传热热桥。选用1.5W@4.2K的G-M制冷机作为冷源,采用高导热的无氧铜编织带作为制冷机二级冷头和传热热桥之间的柔性连接件,来实现柔性传热。经过124h后,实现了低温超导磁体系统的冷却。超导磁体闭环运行后,磁场强度达到设计值,均匀区内不均匀度优于指标要求。     

磁场感应式高温超导磁通泵分析

为了解决闭环高温超导磁体的磁场稳定性问题,需要对超导磁体进行电流补偿。针对高温超导磁体励磁和磁场衰减,在对磁场感应式磁通泵原理分析的基础上,提出了高温超导磁通泵的双回路电流模型,建立了高温超导磁通泵模型方程,并对超导泵桥上的磁通运动过程进行了定量分析,获得了磁通泵运行参量对超导磁体负载电流的影响关系。     

中小型低温超导磁体中的低温技术

利用超导的零电阻和完全抗磁性,绕制的超导磁体可以较为容易地实现强磁场环境。超导技术和低温技术的发展也为超导磁体的推广应用提供了便利条件。从低温冷却技术、低温绝热技术和低温绝缘技术三个方面,分别阐述了在中小型超导磁体发展过程中先后应用的冷却技术,在低温杜瓦中为了抵消外部漏热影响而采取的低温绝热技术,以及在超导磁体制作过程中采取的低温绝缘技术。     

高温超导涂层带材接头工艺研究进展

二代高温超导涂层带材因其具有较高的临界温度、临界电流密度和工程临界磁场,被认为是绕制下一代高场强超导磁体最具潜力的材料之一。带材接头对于磁体研制必不可少,其制作工艺和性能测试方法成为国内外许多研究机构的关注重点。文中综合目前高温超导涂层带材接头相关的研究进展和成果,对包括涂层带材的工业制备现状、带材接头焊接工艺、性能测试方法、仿真建模研究等几个方面进行了概述。     

Nb_3Sn/Cu复合导体分流温度的定量计算

铌三锡是高磁场下实用的一种低温超导材料,分流温度是超导磁体的关键设计参数。文中采用超导体幂指数模型,定量计算了绝热条件下柱状铌三锡复合导体的分流温度,计算结果与现有的分流温度估算公式结果相符;另外还分别讨论了幂指数模型的中的指数n以及磁场对铌三锡复合导体分流温度的影响。结果可以为无液氦直接冷却系统中超导磁体的相关低温技术研究提供一定的数据参考。     

EBIT装置零蒸发低温超导磁体系统的研制

介绍了EBIT(Electron Beam Ion Trap,电子束离子阱)装置零蒸发低温超导磁体系统的研制过程与超导磁体的性能测试结果。该系统中超导磁体由一对上下布置的分离线圈组成,中心最大磁场强度可达4.5T,在中心轴线上±10mm内磁场均匀度优于2×10-4,磁场衰减系数在8h小于1×10-4;同时其低温杜瓦系统采用双冷屏结构,并通过二级G-M制冷机冷却冷屏来降低液氦的蒸发量。超导磁体的性能测试结果表明满足用户基本要求。     

YBCO高温超导螺管磁体的优化设计

螺管线圈具有结构简单,材料利用率高等优点,是一种应用较为广泛的磁体结构.但单螺管线圈也具有漏磁较大,均匀度不高的缺点.针对螺管线圈的基本特征,包括磁场强度、磁场分布、磁体的内半径、磁体的漏磁等,本文利用数值计算的方法对高温超导螺管磁体结构进行了优化.在结构优化过程中,文中采用全局搜索能力较强的遗传算法和局部搜索能力较强的非线性规划算法相结合的非线性遗传算法进行优化,使超导磁体在满足一定约束条件的情况下达到最少的超导带材用量,以节约磁体的制造成本.同时比较分析了结构优化前后超导磁体的DSV(diameter spherical volume)区域的均匀度和杂散场分布.     

超导磁体剩余磁场对软磁材料测试的影响

超导磁体体积小,能够获得强磁场,磁场稳定度、均匀度很高,因此,在磁学测量设备中应用很广泛.美国Quantum Design公司的高精度磁学测量系统采用的就是超导磁体,最高磁场能够达到7 T.由于超导磁体材料本身缺陷的钉扎作用,在磁体退磁后,磁体内部有剩余磁场,有时能够大于30 Oe.由此产生的磁场误差将导致测试的矫顽力、剩磁等数据不准确,甚至导致反向的磁滞回线.设置的磁场初始值不同,剩余磁场的大小也不同;初始磁场越大,剩余磁场越大.这种剩余磁场效应在软磁材料测试过程中表现得尤为明显,产生的测试误差不可忽略,必须进行磁场误差修正才能得到正确的结果.本文阐明了超导磁体产生剩余磁场的原因、影响因素和规律,详述了测试软磁材料可能遇到的问题,并给出解决方法.     

HTS电流引线助推超导磁体应用开发

对磁体致冷是维持超导态必不可少的条件,由于深低温技术的复杂性和昂贵的造价曾制约了超导磁体应用的推广,其中电流引线是磁体系统最主要热负荷。经历高温超导(HTS)材料20多年的研发,人们认识到产生强磁场的超导磁体仍需运行在30K以下。热导率与不锈钢可比的HTS材料在80K以下可承载电流而无焦耳热,采用HTS电流引线可使超导磁体的致冷运行费和设备投资大幅度降低,操作简便。因此,它是超导磁体扩大应用的助推器。介绍其使用特点和应用举例。     

Bi-2212导体用铠甲316LN钢力学性能研究

下一代超导磁体系统有着大电流、高磁场的显著特点,中心场约为5-7T,而最高场达到15T。为了满足如此高的磁场强度,作者需要制作能够达到磁场15T,电流45k A,电磁循环万次后性能稳定要求的超导磁体。目前,Bi2212作为发展的一个方向。Bi2212能否开展高场导体的应用,需要对线材,铠甲材料,以及成型后的导体整体都进行一系列的测试。主要介绍了目前Bi-2212导体使用的铠甲材料——316LN的高温力学性能研究测试。并与其室温、低温力学性能进行了对比;在软件上模拟了高温、加压的情况下材料所受的应力情况,分析了铠甲是否能满足将来的高压热处理。     

用于高温超导磁体的固氮系统设计与实验

相比于其他制冷剂,固氮具有热容大的特点,利用这一特点冷却高温超导磁体,可以实现超导磁体系统较高的热稳定性。将高温超导浸泡在液氮内,采用单台10K双级G-M制冷机将液氮变成固氮,可获得最低8K的固氮系统。对固氮冷却的超导磁体进行10~60K的宽温区控温实验,可获得±0.05K的高稳定性控温精度,从而进行不同温度下超导磁体的临界电流、临界磁场以及稳定性研究。     

15 T高场复合超导磁体低温实验研究

大孔径高均匀度高场磁体是进行超导材料性能测试的必要条件之一.本文主要介绍了15 T高场复合超导磁体的低温励磁实验与结果.该磁体包括两个高性能Nb3Sn线圈、一个ITER Nb3Sn线圈和一个NbTi线圈,分别处于磁体的高、中、低场部分.磁体外径329.9 mm,高度401.44 mm,中心孔径77.5 mm,磁体中心磁场测量值14.94 T,轴向磁场(98％)均匀区测量长度55 mm,超过了磁体设计指标要求的40 mm,测试结果满足设计要求.     

高温超导带材临界电流各向异性的试验研究

二代高温超导带材因其机械和磁场下的性能优于一代带材,近年来受到广泛关注。文中针对高温超导带材的特点,结合实验室的现有设备,设计了超导带材临界电流的测试平台,对三种二代高温超导带材在77K、不同磁场、不同角度下的临界电流进行了测量,分析了其在不同背景磁场和磁场角度下的各向异性,并用插值法拟合出了其临界电流与磁场及其角度的关系曲面,为超导磁体设计中高温超导带材临界电流的计算提供依据。     

高均匀度超导磁体系统有限元分析

提出了用有限元方法设计高均匀度超导磁体系统。利用ANSYS优化模块,建立数学模型和完整超导磁体系统分析过程,优化高均匀度超导磁体系统。优化分析时,将螺线管线圈尺寸作为优化设计变量,可得到合适的线圈尺寸,再检查设计序列验证结果准确性。     

饱和铁芯型超导限流器的高温超导磁体的磁场仿真分析

高温超导磁体是饱和铁芯型高温超导故障限流器的核心部件之一,通过超导磁体对铁芯进行直流励磁,控制铁芯的饱和状态,从而限制故障电流.本文以35kV/90MVA饱和铁芯型高温超导故障限流器的超导磁体为研究对象,通过ANSYS有限元软件建立44个双饼线圈的单螺管型磁体的二维电磁模型,得到不同结构磁体产生的磁场,特别是径向磁场的变化规律,结果表明,采用端部并联结构可以有效降低磁体端部径向磁场分量,提高临界电流,该结果为研究饱和铁芯型高温超导故障限流器的电磁特性、磁体励磁能力和结构设计提供一定的参考依据.