全Nb_3Sn 12T净孔径Φ36mm密实型超导磁体

本文报道用超导线共计11kg的三个Nb_3Sn分磁体组合成的净孔径φ36mm,中心场强12T的超导磁体。该强场超导磁体的特点是:体积小,重量轻,耗氦少,且可拆卸重新组合,以不同的孔径和中心场强多用途使用。     

柔性Nb_3Sn超导微型电缆

本文报导了一种新型实用Nb~3Sn超导材料。它是含有6根多芯Nb_3Sn复合线(φ0.14mm)和1根中心增强钼丝(φ0.16mm)的7股单层微型电缆(φ0.45mm)。其最佳性能如下:T_c=17.7K;H_(c2)=24.9T(4.2K);16T下的J_c( 青铜+Nb_3Sn+Nb)=260A/mm~2(4.2K);许用弯曲直径为20mm,室温下许用拉伸应力高达392MPa,且能多次复绕,其超导性能不退降。其内径为40mm的试验磁体与12.8T背场组合,中心磁场达到14.52T。它是制作小型高场超导磁体的优良材料。     

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.     

添加元素Ti对多芯Nb／Cu挤压管法Nb3Sn超导性能的影响

采用多芯 Nb/Cu 挤压管法制备的多芯 Nb_3Sn 超导复合线,研究了添加元素 Ti 对 Nb_3Sn反应层生长动力学及超导性能的影响.添加元素 Ti 明显提高了 Nb_3Sn 反应层生长速率.T_c值提高0.3K,H_c_2(O)提高到大约29T.在4.2K、15T 和20T 脉冲背景场下(脉冲上升时间t=10ms),J_c(Nb_3Sn)值分别达4.4×10~4A/cm~2和3.3 ×10~4A/cm~2.     

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).     

高温超导斜螺线管缆线磁体样机设计与开发

为研究Gantry磁体的关键技术,设计了一台由螺旋型超导集束缆线绕制的小型斜螺线管二极磁体样机。根据电磁设计,该样机的孔径82 mm,额定工作电流为3.25 kA,预计在4.2 K下达到0.50 T的中心二极场。在均匀电流假设下,Φ54 mm孔径内的磁场均匀度可达到1.47×10^-3。未来将完成超导缆线绕制,在77 K和4.2 K下进行电流和场均匀性测试。     

掺TiNb3Sn超导性能改善机制研究

在 Nb/Cu 挤压管法制备的多芯 Nb_3Sn 超导复合线中添加合金元素 Ti 使其超导性能特别是在高场下的临界电流密度 J_c 得到显著改善.T_c 值提高约0.3K,H_(c2)(0)值提高到大约29Tesla,在4.2K_2 15T 和20T 脉冲背景磁场下(脉冲上升时间为10ms),J_c(Nb_3Sn)值分别达到4.4×10~4A/cm~2和3.3×10~4A/cm~2.在实验事实基础上,认为在低温下(<43K)掺适量Ti 元素的 Nb_3Sn 会发生部分马氏体相变,并用此观点结合磁通钉扎基本原理,对掺适量 Ti元素 Nb_3Sn 超导性能显著改善的事实进行解释,得到了一个改善掺适量 Ti Nb_3Sn 超导性能的可能机制.     

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.     

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.     

12T NbTi—Nb3Sn超导磁体装置

本文介绍了有效孔径30.3mm 的 NbTi-Nb_3Sn 混合超导磁体装置的设计、制造和实验的基本情况.该装置在4.2K 的最大工作中心磁场是12T,磁体中心磁场均匀度和电流稳定充分别优于2.7×10~(-3)(1cm DSV)和4×10~(-4)/h,磁体励磁到最大工作中心磁场12T 时所需要的时间为40min.磁体重量为25.4kg.     

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)     

MF Nb/Cu挤压管法制备MF Nb_3Sn化合物超导线材工艺的实用性

曾报道过研究“MF Nb/Cu挤压复合管富Sn中心扩散法制备 MF Nb_3Sn超导线材工艺”的初步结果:1)线材容易加工;2)在4—6 T场强下,短样的有效临界电流密度高。美国IGC的Schwall等人用同样的方法制备 MF Nb_3Sn超导线材(作者称“Sn芯法”);日本三菱公司的 Yoshizaki等人先制成 MF Nb/Cu挤压复合棒,然后在棒的中心沿轴向钻孔,获得MF Nb/Cu复合管,用以制备MF Nb_3Sn超导线材(作者称“内Sn扩散法”)。     

周期载荷下Nb3Sn温度裕度及变形研究

国际热核聚变反应堆ITER和国内聚变工程实验堆CFETR装置上的CICC运行于复杂的电磁环境中,为应对12 T及更高电磁场的影响,其上的中心螺线和环向磁体已采用Nb_3Sn超导材料,作为A15型的Nb_3Sn材料对应变变化较敏感。而应变下温度裕度和变形等是影响低温(4.2/4.5 K)下超导体稳定运行的重要参数,为获得真实运行情况下磁场与电流产生的电动力所导致的周期应变对温度裕度等的作用,本文采用周期电磁载荷来模拟应变作用,利用温度裕度与刚度的数学计算方法,对Nb_3Sn超导体的温度裕度和变形进行测试对比分析。结果显示分流温度和温度裕度随载荷周期增加而减小,其中分流温度在1～1 000载荷周期快速变小,温度裕度在2 000～3 000载荷周期急剧减小;同时载荷周期导致股线刚度减小和股线变形增加。由此可见,载荷周期产生的应变导致Nb_3Sn性能退化降级。     

用连续化学气相沉积法制取Nb_3Ge的研究

本文报道了用快速多层沉积的CVD方法连续制备Nb_3Ge超导带的初步研究结果.用H_2还原气态的NbCI_4和GeCI_2,在带速为15—23m/hr·的加热基体(Hastelloy B)上沉积出Nb_3Ge.已制出带宽2.5mm、沉积层每边厚5μm、A15 Nb_3Ge含量占大部份的样品,其T_c(起始)达到21.0K,T_c(中点)为19.0K,在4.2K和4T场强下,I_c和J_c(Nb_3Ge)分别为115A和4.6×10~5A/cm~2.对改进连续CVD法制备实用化Nb_3Ge带的某些工艺问题进行了讨论.     

CVD Nb3Sn超导带热处理的研究

本文报道了 CVD Nb_3Sn 超导带热处理的研究结果.短样品经适当的热处理后,其 T_c 由15.6K 提高到17.6K,H_c_2(4.2K)达23.4T.尤其是高场下的载流能力有了明显的提高,在22.1T 场强下,其 I_c、J_c(Nb_3Sn)分别高达5A 和1.33×10~4A/cm~2(4.2K).长带热处理后,其T_c 由15.6K 增至17.6K,正比于钉扎强度的 H_oI_c 值提高20%以上,励磁速度也加快很多,这说明成品带的高场性能和稳定性提高了。本文还对带材性能提高的原因进行了分析和讨论.     

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。     

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。     

Nb_3Sn超导带材在高磁场下的临界电流

本文报告了扩散Nb_3Sn和气相沉积Nb_3Sn带材样品在4.2K、高磁场(～22T)下的临界电流测量结果,表明这两种材料具有良好的超导性能,在12T下,其Jc(Nb_3Sn)分别为3.0×10~3A/cm~2及2.9×10~5A/cm~2;在15T下分别为1.4×10~5A/cm~2及6.0×10~4A/cm~2.文中对测量结果进行了简要评价.     

CFETR中心螺管模型线圈稳定性分析

中国聚变工程试验堆(CFETR)中心螺管模型线圈,内部磁体为Nb3Sn线圈,外部磁体为Nb Ti线圈。模型线圈最高磁场可以达到12.0T。针对提出的内部线圈方案,借助一维失超分析软件Gandalf,对Nb3Sn线圈的温度裕度、稳定裕度做了计算。在49k A,12T运行条件下,温度裕度为1.9K,稳定性裕度421.2m J/cm3~426.6m J/cm3。结果表明,温度裕度和稳定性裕度均不低于ITER导体设计要求。     

添加元素Ti、In对Nb管富Sn法Nb_3Sn生长特性和超导性能的影响

采用Nb管和高Sn含量的Cu-Sn,Cu-Sn-Ti,Cu-Sn-In合金之间的内扩散法制备了Nb_3Sn多芯超导复合线,研究了Nb_3Sn反应扩散热处理条件和添加元素Ti、In对Nb_3Sn反应层生长动力学、组织结构和超导性能的影响。结果表明:母材中添加适量的第三元素Ti或In均提高Nb_3Sn反应层生长速率,与In相比,Ti的效果更为显著.添Ti样品的T_c值在母材添Ti量为0.4w/o处出现峰值,比末添Ti样品的T_c值升高0.3K.添Ti样品的H_(c2)(o)值随母材添Ti量增加单调提高,当母材添Ti量为0.76w/o时,其H_(c2)(o)值由未添Ti样品的21T提高到大约29T.在4.2K和15T脉冲背景磁场(脉冲上升时间t_m=10ms)下,添Ti和添In样品的J_c(non Cu)值分别可达6×10~4Acm~(-2)和2.5×10~4Acm~(-2).