内/外部励磁方式下高温超导环的俘获场特性

高温超导磁体在闭环运行时,可以提供稳定磁场,但是由于高温超导带材无法实现无阻焊接,成为高温超导磁体闭环运行的技术瓶颈.本文利用第二代高温超导带材制备闭环超导环,采用内部励磁和外部励磁对超导环进行励磁,在液氮温度中(77 K)测量超导环的中心俘获磁场.结果表明超导环在内部励磁俘获的磁场值比外部励磁俘获的磁场值高;外部励磁中,超导环中插入铁芯柱能提高俘获场;内部励磁中,超导环在螺线管闭环运行俘获的磁场值比开环运行俘获的磁场值高.结果对于高温超导闭环磁体励磁和高温超导带材磁通动力学研究具有很重要参考价值.     

多脉冲磁场下含热开关高温超导环的励磁研究

针对堆叠式高温超导磁体的持续电流模式运行,提出一种由多脉冲磁场和热开关组合的励磁方法。在77 K温度下对高温超导环进行了系统的励磁实验研究,并采用有限元方法建立模型对高温超导环中的电流及产生的磁场进行了仿真。励磁结束后高温超导环产生的磁场稳定,磁场大小与多脉冲磁场幅值呈正相关。结果表明,该励磁方法可行,有望应用于堆叠式高温超导磁体的持续电流模式运行。     

利用轴向磁化的永磁环制造轴向梯度磁场

首先叙述了由单个轴向磁化环所产生的磁场,并就两个永磁环所产生的纵向磁场进行了分析.对于两个沿同一方向磁化的永磁体环,沿磁环中心线将会产生一个强度较为均匀的轴向磁场.如果两者的磁化方向相反,则在两磁铁间的区域将产生一个纵向的梯度磁场,其磁场强度介于-B₀到+B₀之间.设计制造了一个高梯度的轴向磁场,其磁场梯度为47.2Tm,测量结果与计算结果非常一致.文中还讨论了产生变梯度磁场的方法.由于永磁环所产生的磁场和螺线管的磁场较为相似,磁铁外部空间将有较大的漏场,最后还讨论了屏蔽漏场的问题.     

用于46 T全超导磁体装置的26 T REBa2Cu3O7-δ高温超导内插磁体电磁设计研究

REBa2Cu3O7-δ(REBCO)高温超导带材具有良好的电磁性能和机械强度,现已成为开发极高场超导磁体的重要基础材料.本文基于T-A 方程提出了一种极高场REBCO 内插磁体的参数化设计方法,该方法在计算中考虑了超导屏蔽电流对磁体中心场强和应变分布的影响,采用分步优化的方式从内向外依次确定各超导线圈的结构参数,每个线圈的优化过程相对独立.基于该设计方法,本文给出了46T全超导磁体中26TREBCO 内插磁体的电磁设计方案,确定了主要线圈参数和工作电流.该内插磁体由4个线圈同轴嵌套串联组成,每个线圈都由REBCO带材绕制而成的双饼线圈(Double Pancake, DP)堆叠而成.基于当前模型计算结果,在给定的20T背景场中,当内插磁体工作电流达到290A时,磁体中心场强可达46T;高温超导线圈中最大环向应变为0.61%,仍然处于危险区域.     

非晶和纳米晶软磁丝状样品的环向磁化过程

采用阻抗法测定了不同磁结构的软磁丝状样品(非晶及纳米晶合金)的环向磁导率随环向磁场 强度和频率的变化. 按照Chen等的理论公式计算了样品的环向磁化曲线，结果发现，这一实 验原理公式对具有较大损耗的磁化过程并不适用. 因此，将其发展给出了更一般情况下的理 论公式. 此外，通过分析复数磁导率对环向磁场的依赖关系，确定了两类不同畴结构样品的 不同的环向矫顽力机理. 研究了交流频率对磁化过程的影响. 关键词： 非晶和纳米晶软磁丝 阻抗 环向磁化曲线     

聚变堆磁体的堆叠型REBCO超导股线研制

第二代高温超导(REBCO)带材的载流能力高、临界磁场强,在磁约束聚变堆磁体领域拥有良好的应用前景。为实现REBCO超导股线在未来聚变堆磁体中的应用,介绍了采用2 mm宽超导带材的堆叠型股线结构,研究了堆叠型超导股线的制备工艺,并制备了多条超导股线样品。在液氮、自场条件下,测得20层堆叠型超导股线的平均临界电流约为948 A。通过研究堆叠型超导股线的电-力学性能,获得该股线临界电流下降至95%I_c时的弯曲半径、扭转节距及抗压强度分别为13.7 cm、100 cm和130 MPa。     

高温超导环向场D型线圈的电磁设计

随着高温超导材料和应用技术的进步,采用高温超导技术已成为未来磁约束核聚变装置的发展方向。以ITER托卡马克环向场磁体为研究和应用对象,采用YBCO带材进行了小型高温超导环向场D型线圈的电磁设计,分析了在带材的总用量一定的情况下,线圈的个数和布局对环向场磁体的临界电流、磁场强度及位形的影响,探讨了高温超导环向场磁体的电磁设计方法和技术要点。     

无绝缘高温超导跑道型磁体设计

环向场磁体是ITER托卡马克装置中的核心部分,采用无绝缘高温超导磁体技术能使其产生更高的稳态场。文中介绍了无绝缘高温超导磁体技术的原理和特点,并以跑道型磁体为着手点,使用不同的超导带材,利用有限元法设计无绝缘高温超导磁体,总结了线圈个数与布局对磁体临界电流和中心磁场的影响。该磁体在20K下可产生的稳态磁场约为3.59T。     

HL-2M环向场线圈的结构设计

设计了HL-2M 环向场线圈基本形状、特殊的指形接头和斜面接头以及馈线、绝缘结构和水冷回路。每个环向场线圈由L 形中心段、上弧段和外弧段分别通过指形接头和斜面接头组装成完整的D 形线圈。分段可拆卸的D 形线圈结构可以使得真空室和单个极向场线圈分别整体吊装到环向场线圈内侧。单根引线和双回线的馈线结构既能节省装置空间,又能降低杂散磁场。TF 线圈匝间绝缘500V,对地绝缘30kV。采用软焊在线圈旁侧槽内的铜管对线圈进行水冷以带走线圈放电产生的焦耳热。     

超导储能磁体电流补偿分布式2.5 D分析方法

研究了闭环高温超导储能磁体在非均匀交流外磁场下电流补偿过程中的分布式2.5 D分析方法。在77 K下对磁体电流补偿过程进行了H算法数值研究,H算法几何结构和求解域采用分布式2.5 D分解并配合BP神经网络进行求解。结果表明,所提算法能以更快的速度收敛,并保持理想的精度;此外,磁体在10～70 mT外磁场下能保持较好的电磁稳定性。     

一种实时测量大尺寸REBCO超导块材三维空间磁场及温度分布的装置

由于单畴RE-Ba-Cu-O(简称REBCO,其中RE为稀土元素:Nd,Y,Gd,Sm)超导块材具有较高的捕获磁场和较大磁悬浮力等优良的特点,使得其在超导磁悬浮,超导磁体,储能飞轮等高新技术领域有着广泛的应用前景.然而,REBCO超导块材捕获磁场的高低,不仅与其自身特性有关,还与其磁化的方式有关,即与样品在不同条件下的磁化机制密切相关.为了更好的研究高温超导体在不同条件下的磁化机制和磁化规律,进一步提高REBCO超导块材的捕获磁场强度,我们自主设计并制作了一种可实时测量大尺寸REBCO超导块材三维空间磁场及样品表面温度分布的装置.在液氮温度(77K)下,通过对磁化过程中圆柱状单畴GdBCO超导块材表面中心由内到外不同位置处磁场的测量,获得了样品的三维磁场强度随外加磁场实时变化的动态曲线图,揭示了随外加磁场的变化,GdBCO超导块材体内磁场由外向内逐渐扩散和运动、由内向外逐渐扩散和逃逸的机制,同时,对样品中存在的磁通蠕动规律进行了分析.此外,本装置还可用于对其它设备(如电机等)的动态磁场和温度进行实时测量.     

周期永磁环爆磁压缩发生器

首次提出了利用周期永磁环做初始能源的螺旋型爆磁压缩发生器,该结构由4节永磁环正反排到组成。阐述了这种周期永磁环爆磁压缩发生器的结构及其特点,并利用等效电路模型分析了轴线起爆周期永磁环爆磁压缩发生器的磁通变化规律和爆磁压缩过程,得到了基本的电流变化关系。 分析及数值计算结果表明：这种周期永磁环爆磁压缩发生器能够实现电流放大,在磁化电流为0.13 MA,磁化回路负载电感为1.0 μH条件下,最终输出电流可达0.16 MA。周期永磁环可以作为爆磁压缩发生器的初始能源,这种概念设计值得进行进一步的实验探索。     

一种实时测量大尺寸REBCO超导块材三维空间磁场及温度分布的装置北大核心CSCD

由于单畴RE-Ba-Cu-O(简称REBCO,其中RE为稀土元素:Nd,Y,Gd,Sm)超导块材具有较高的捕获磁场和较大磁悬浮力等优良的特点,使得其在超导磁悬浮,超导磁体,储能飞轮等高新技术领域有着广泛的应用前景.然而,REBCO超导块材捕获磁场的高低,不仅与其自身特性有关,还与其磁化的方式有关,即与样品在不同条件下的磁化机制密切相关.为了更好的研究高温超导体在不同条件下的磁化机制和磁化规律,进一步提高REBCO超导块材的捕获磁场强度,我们自主设计并制作了一种可实时测量大尺寸REBCO超导块材三维空间磁场及样品表面温度分布的装置.在液氮温度(77K)下,通过对磁化过程中圆柱状单畴GdBCO超导块材表面中心由内到外不同位置处磁场的测量,获得了样品的三维磁场强度随外加磁场实时变化的动态曲线图,揭示了随外加磁场的变化,GdBCO超导块材体内磁场由外向内逐渐扩散和运动、由内向外逐渐扩散和逃逸的机制,同时,对样品中存在的磁通蠕动规律进行了分析.此外,本装置还可用于对其它设备(如电机等)的动态磁场和温度进行实时测量.     

环自发磁化的几个物理问题的研究

本文总结了我们对π环自发磁化的几个相关物理问题的研究结果.首先分析计算了有一个结是π结的三结π环的自发磁化,发现与单结π环明显不同,当β=2πLIc/φ0趋于零时,环中仍有自发磁化.详细计算表明随温度下降,β增大,自发磁化磁矩很快上升并趋于φ0/2,能和实验很好的符合.继而运用Runge-Kutta四步积分法分析了一个双结π环电路在输入脉冲电流触发下自发磁化电流的翻转过程.并在此基础上计算了电感系数,输入脉冲电流的峰值和峰宽等因素对翻转过程的影响,获得了自发磁化电流在电触发下翻转的一般规律.最后分析和计算了耦合双π环的自由能,结果表明当两个π环自发磁化方向相反时系统的能量较低,还证明了互感为0时的反向自发磁化是来自量子效应.     

周期永磁环爆磁压缩发生器

 首次提出了利用周期永磁环做初始能源的螺旋型爆磁压缩发生器,该结构由4节永磁环正反排到组成。阐述了这种周期永磁环爆磁压缩发生器的结构及其特点,并利用等效电路模型分析了轴线起爆周期永磁环爆磁压缩发生器的磁通变化规律和爆磁压缩过程,得到了基本的电流变化关系。 分析及数值计算结果表明：这种周期永磁环爆磁压缩发生器能够实现电流放大,在磁化电流为0.13 MA,磁化回路负载电感为1.0 μH条件下,最终输出电流可达0.16 MA。周期永磁环可以作为爆磁压缩发生器的初始能源,这种概念设计值得进行进一步的实验探索。     

高温超导大电流导体临界电流特性研究

YBCO带材在高磁场下仍有好的通流性能,可以用多根高温超导带材构成大电流导体用于高场磁体。为减小导体的交流损耗,大电流导体有多种结构形式,缠绕型和扭转堆叠是其中的两种结构形式。临界电流是高温超导大电流导体的重要指标之一。文中采用四引线法对这两种导体结构在液氮、自场环境下的临界电流特性进行了实验测量,分析并总结了其临界电流特性与结构的关系。     

FAIR收集环超导二极磁体支撑设计与热负荷分析

为保证FAIR收集环(Collector ring-CR)超导二极磁体工作过程中的磁场位形符合设计要求,同时保证由磁体支撑带来的热负荷小于设计要求,用CATIA软件建立了不同结构的磁体支撑3D模型,并用ANSYS有限元分析软件对建立的模型进行了低温热负荷分析和结构分析。通过比较分析的结果和对磁体支撑结构进行的进一步优化,确定了316LN+G10材料的支撑结构,为收集环超导二极磁体工程制造提供了参考。     

熔融织构YBCO块材表面俘获磁场研究

用霍尔探头系统在７７Ｋ温度下，测量了顶部籽晶技术制备的熔融织构ＹＢＣＯ超导块在场冷后的表面俘获磁场的三维分布，并画出了其二维等高线图．结果表明，对单畴样品，俘获磁场分布图仅有一个峰，其二维等高线基本呈中心轴对称分布．在约０．５Ｔ的磁化场下，测得的最大俘获场为１７０ｍＴ．而对非单畴样品，俘获场的三维分布不是单峰，其二维等高线分布与样品晶畴的表观形貌相一致，即ａｂ面与样品表面平行的大畴区域俘获场最大，其余部分的俘获场较小．因此，可以认为由俘获场的测量能够检测样品内的结晶状况，一般情况下，单峰对应单畴，多峰对应多畴，在多畴间存在弱连接的大角晶界．     

HL-2M环向场线圈电磁场和受力的计算分析

在建的HL-2M装置的环向场线圈采用了比特板式结构,介绍了采用封闭多边形电流丝模型计算分析HL-2M装置环向场线圈电磁场和纹波情况;环向场线圈电流与环向场引起的电磁力以及与极向场产生的倾覆力也做了计算。计算结果对环向场线圈的设计具有一定的参考意义。     

基于交换作用的纳磁逻辑电路片上时钟结构研究

纳磁逻辑电路具有低功耗、非易失和可常温下制备等优点, 实现低功耗片上时钟是其集成化的必备条件. 本文提出了一种基于交换作用的纳磁逻辑电路片上时钟结构, 用载流铜导线产生的奥斯特场将铁磁体薄膜覆层进行磁化, 然后依靠铁磁体层与纳磁体界面存在的交换作用场使后者磁化方向发生翻转. 与轭式铁磁体时钟用外磁场控制纳磁体磁化方向相比, 该方案在功耗方面降低了5/6, 时钟边界杂散场强度降低了2/3, 达到降低功耗、减轻串扰的目的. 此外, 采用微磁仿真进一步验证了该时钟结构上的纳磁体逻辑阵列可以实现逻辑功能. 关键词： 纳磁逻辑 片上时钟 交换作用