大型Nb_3Sn CICC型超导磁体的热处理炉系统

中国科学院强磁场科学中心于2011年建成了一套大型Nb_3Sn CICC(管状电缆导体)型超导磁体热处理炉系统,并利用该系统成功完成了40T级稳态混合磁体装置外超导磁体中所有Nb_3Sn CICC型超导子线圈的热处理工作。文中将详细地介绍该热处理炉系统的主要性能参数以及其主要部件的设计。     

40-T混合磁体外超导磁体CICC摩擦系数测定

40-T混合磁体的建设正在中科院强磁场中心进行,其外超导磁体将由管内电缆导体CICC绕制,并采用4.5K 的超临界氦迫流冷却.CICC的摩擦系数是确定各冷却通道进口压力和流量的重要依据.文中介绍了CICC压降测量平台搭建,并对40-T混合磁体外超导磁体哑缆摩擦系数进行测量;分析了该CICC内的摩擦特性,并拟合出相应的经...     

EAST超导托卡马克装置中的大型超导磁体技术

随着大型超导核聚变装置、超导储能装置、超导强磁场装置及高能超导加速器技术参数的不断提高,大型超导磁体的应用也在加速发展中.大型超导磁体的场强较高、储能较大,对导体的结构、磁体结构、绝缘结构、制造工艺等要求与通常小型超导磁体有很大的不同.本文旨在对国家重大科学工程项目"EAST(HT-7U)超导托卡马克核聚变实验装置"的大型超导磁体关键技术作一介绍.     

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。     

40T混合磁体Nb_3Sn超导电缆的研制

中国科学院强磁场科学中心的40T混合磁体由内部水冷磁体和外部超导磁体组成。外部超导磁体采用高临界电流密度的Nb3Sn材料制成的CICC超导导体绕制而成,目前已经完成了超导磁体所需的超导电缆的全部设计和加工任务。本文详细介绍了采用Nb3Sn材料的CICC超导电缆的设计准则、电缆配置方案以及绞制工艺等内容,讨论了超导电缆的扭距大小选取原则、叠包参数选取原则,分析了绞制过程中放线张力的控制方案等内容。     

超导CICC导体性能试验装置

一个测试CICC超导电缆性能的磁体试验装置已在中科院等离子体所建成,该装置包括一个5T－138mm口径的长均匀背场超导磁体、一对可产生10T／s磁场变化率的脉冲超导磁体,以及人工超临界氦系统,它可以将高压室温氦气通过冷却变成可以冷却超导CICC导体的超临界氦,该装置能完全模拟环流器中迫流冷却式超导磁体导体所受到的诸如极向场磁体放电和等离子体破裂诸种强扰动的环境,测试CICC导体的性能,本文详细介绍了装置各部分参数和低温实验中测到的性能。     

CICC导体接头电阻低温实验平台

ITER计划是目前国际最大的科技合作项目,中国承担ITER PF/TF/CC/CB/MB等超导导体及全部CC磁体、PF6大线圈的研制任务。CICC导体接头技术是磁体研制中关键技术,为了开展ITER超导磁体接头的研制,中国科学院等离子体物理研究所建立了大电流超导导体接头电阻低温实验平台。该平台主要包括:Φ300mm低温杜瓦、20kA超导变压器、电源系统、失超保护系统及数据采集系统。详细介绍了该测试平台的设计、研制,并利用该测试平台开展了多次ITER CC导体接头电阻的低温实验研究工作。     

管内电缆导体稳定性理论与实验研究

管内电缆导体 ,又称 CICC,是目前大型低温超导磁体的首选导体。随着超导技术的发展 ,CICC在大型超导核聚变实验装置及超导储能磁体中的应用具有不可比拟的优越性。为降低导体成本而提出了在 CICC中采用的超导股线配以纯铜股线的设计方案 ,开展含纯铜股线 CICC稳定性机理及实验的研究 ,并开发 CICC优化设计软件 ,对 CICC在高科技中的应用意义重大。     

超临界氦在CICC冷却通道的黏性耗散研究

CICC(Cable-in-conduit Conductors)是目前国际公认的用于受控核聚变、大型超导储能装置和稳态强磁场装置的首选导体。超临界氦在压差的作用下通过CICC导体时,不仅需要带走外部环境通过传导、辐射和对流产生的热负荷,同时需要带走黏性耗散产生的热量。随着CICC导体结构的复杂化和紧凑化,黏性耗散作用加剧,所产生的热量在工程设计时已不容忽略。本文通过理论计算和实验相结合的方法来定量确定迫流氦在CICC的黏性耗散,以指导大型超导磁体的超临界氦迫流冷却设计工作。     

EAST超导托卡马克装置中的大型超导磁体技术

随着大型超导核聚变装置、超导储能装置、超导强磁场装置及高能超导加速器技术参数的不断提高，大型超导磁体的应用也在加速发展中．大型超导磁体的场强较高、储能较大，对导体的结构、磁体结构、绝缘结构、制造工艺等要求与通常小型超导磁体有很大的不同．本文旨在对国家重大科学工程项目“EAST（HT-7U）超导托卡马克核聚变实验装置”的大型超导磁体关键技术作一介绍．     

用修改的Gandalf软件对HT-7U装置TF和PF线圈的稳定性分析

HT-7U是一个先进的等离子体稳态托卡马克装置.它的环向磁场(TF)和极向磁场(PF)系统,均采用超导磁体,所有超导磁体均由CICC导体制成.为了获得PF和TF磁体运行的的安全裕度,需要对这些超导线圈进行严谨的热工水力特性分析,研究超导磁体在正常运行条件下所能承受的最大扰动.稳定裕度的分析充分考虑了多种不同的扰动.本文的分析均基于修改的Gandalf程序,即考虑超导CICC磁体系统之间(匝间、层间、不同的冷却通道之间)的热耦合,研究了HT-7U超导托卡马克系统的TF和PF超导线圈在不同运行条件下的稳定裕度和失超传播特性.这些分析将为HT-7U超导磁体系统的运行提供参考.     

45T混合磁体外超导磁体失超保护系统设计北大核心CSCD

由中国科学院强磁场科学中心建成的混合磁体包含着内水冷磁体和外超导磁体两大部件,目前已经成功达到40T的中心磁场,在下一轮实验将冲击45T磁场.作为中国磁场强度最高的稳态强磁场装置,其失超保护系统合理的设计是该磁体安全运行的重要保证.本文详细介绍了45T混合磁体外超导磁体失超保护系统设计,主要包括:同绕线、二次补偿、失超保护电路以及失超保护参数的选取.同时对混合磁体在运行调试期间外超导磁体出现的两次失超与保护动态过程也进行了分析与讨论.     

45T混合磁体外超导磁体失超保护系统设计

由中国科学院强磁场科学中心建成的混合磁体包含着内水冷磁体和外超导磁体两大部件,目前已经成功达到40T的中心磁场,在下一轮实验将冲击45T磁场.作为中国磁场强度最高的稳态强磁场装置,其失超保护系统合理的设计是该磁体安全运行的重要保证.本文详细介绍了45T混合磁体外超导磁体失超保护系统设计,主要包括:同绕线、二次补偿、失超保护电路以及失超保护参数的选取.同时对混合磁体在运行调试期间外超导磁体出现的两次失超与保护动态过程也进行了分析与讨论.     

Nb_3Sn CICC模型线圈低温实验与应变测试结果分析

中国科学院强磁场科学中心将建设40 T级混合磁体系统。Nb3Sn CICC模型线圈作为40T的混合磁体外超导磁体的前期预研,其研制成功并获得好的测试结果,将证实混合磁体外超导磁体的设计合理性和关键制造工艺的可行性。介绍了模型线圈的低温实验过程,同时对其应力测试结果进行分析与研究。     

CICC稳定性裕度设计法和HT-7U导体方案

HT－7U装置的超导环向场与极向场磁体将采用导线管多级绞缆导体（CICC）。对于大型超导磁体,稳定性是导体设计中最重要的指标之一,优化铜超比是确保稳定性和获得最大电流密度的关键。根据稳定性裕度原则,给出了CICC稳定性裕度设计法,提出了HT－7U新的导体方案。     

ITER用校正线圈管内电缆导体稳定性分析

管内电缆导体(cable-in-conduit conductor,CICC)是目前为止大型低温超导磁体的首选导体,CICC在超导储能磁体及大型超导核聚变实验装置中的应用具有不可比拟的优越性。CICC的稳定性对其实际应用起着重要影响,因此开展关于CICC稳定性的研究对于推广CICC的应用有着重要的实际意义。利用一维数学模型(Gandalf软件)对ITER校正线圈(CC)CICC的稳定性进行仿真,研究了运行电流、运行磁场和He质量流速率对CICC的稳定性裕度影响;同时,将基于热平衡方程的理论结果和仿真实验结果进行比较,验证了理论的可靠性和软件的实用性。     

Nb3Sn-Nb3Sn低电阻接头制作及装置分析

制作性能良好的Nb_3Sn-Nb_3Sn低电阻超导接头是Nb_3Sn超导体及相关高场磁体实现工程应用关键技术之一。主要介绍了青铜法Nb_3Sn-Nb_3Sn线材低电阻超导接头制作工艺及所需装置结构,同时仿真分析了装置是否满足后续实验要求。分析结果表明,当施加120.33 N力时,该装置结构保持稳定,产生微小形变符合预期,满足实验要求。为后续制作性能优良低电阻超导接头实验提供坚实技术支持。     

基于多孔介质模型的40-T混合磁体CICC摩擦阻力特性分析

多孔介质理论被认为可能为CICC的热工水力特性提供理论支撑。通过多孔介质模型对40-T混合磁体外超导磁体的CICC导体进行分析计算,并用实验测量结果对渗透率、阻力系数、颗粒直径等参数进行修正,以探索CICC的多孔介质模型近似方法。     

45T混合磁体外超导磁体真空系统的研究

根据45T稳态混合磁体外超导磁体实验装置对试验平台的真空要求,外超导磁体运行在4.5K的低温环境下,为了超导磁体的正常稳定的运行,需将超导磁体系统置于具有一定真空度的杜瓦中,且杜瓦真空水平要求苛刻。设计了45T混合磁体外超导磁体真空系统,最后通过对外超导磁体线圈的检漏,对比了设计参数,结果表明,该真空系统可以稳定运行,满足设计要求。     

超导磁体感应电流及其对电磁弹性动力稳定性的影响

分析了托卡马克装置中超导载流线圈磁体的电磁弹性动力学稳定性，运用超导线圈的磁通俘获理论导出了超导磁体中感应电流的表达式。基于Biot-Savart定律、Lorenz定律以及曲梁弯曲理论，建立了反映超导载流线圈在强磁场中运动所产生感应电流影响的电磁弹性力学模型。通过三线圈超导磁体数值分析发现：受稳态电流作用时，线圈振动产生的感应电流很小，对电磁弹性力学的性能影响并不明显；但当超导磁体受到脉冲电流作用时，感应电流对超导磁体的动力稳定性具有明显的影响，使稳定参数区域变小。