EAST装置15kA高温超导电流引线研发

低温超导磁体采用高温超导电流引线能显著降低制冷系统的造价和运行费用．正在建造中的大型超导托卡马克核聚变试验装置（EAST）需要一对16kA和12对15kA电流引线．所研发的电流引线采用美国超导（AMSC）公司提供的Bi-2223／Ag-Au带材，每5条超导带组成单元叠，与不锈钢支撑圆筒表面50个槽软钎焊成超导段．支撑筒两端铜接头，温端与铜电流引线段丝扣连接并低温钎焊;冷端与100根NbTi／Cu超导线直接锡铅钎焊．冷端采用4K超临界氮流冷却;温端正常运行温度为78K，用液氮冷却．设计要求在此冷却条件下的临界电流大于16kA.78-290K铜电流引线采用3头螺旋槽换热器，冷氮气冷却．为提高电流引线的安全性，在高温超导段温端贮存适量液氮作为热沉，大大增加电流引线被烧毁的时间常数．     

EAST装置15kA高温超导电流引线研发

低温超导磁体采用高温超导电流引线能显著降低制冷系统的造价和运行费用.正在建造中的大型超导托卡马克核聚变试验装置(EAST)需要一对16kA和12对15kA电流引线.所研发的电流引线采用美国超导(AMSC)公司提供的Bi-2223/Ag-Au带材, 每5条超导带组成单元叠,与不锈钢支撑圆筒表面50个槽软钎焊成超导段.支撑筒两端铜接头,温端与铜电流引线段丝扣连接并低温钎焊;冷端与100根NbTi/Cu超导线直接锡铅钎焊.冷端采用4K超临界氦流冷却;温端正常运行温度为78K,用液氮冷却.设计要求在此冷却条件下的临界电流大于16kA.78～290K铜电流引线采用3头螺旋槽换热器,冷氮气冷却.为提高电流引线的安全性,在高温超导段温端贮存适量液氮作为热沉,大大增加电流引线被烧毁的时间常数.     

珀尔帖电流引线界面漏热特性分析

对应用在超导直流装置中的珀尔帖电流引线在有限元仿真软件COMSOL中建模,以最小漏热为目标对珀尔帖电流引线进行了优化设计。在确定了珀尔帖电流引线最优几何参数后,对珀尔帖电流引线在不同电流值时轴向的温度分布、漏热值、热电元件低温端温度值以及两端的温度差、热电元件两端的电势差等进行了定性分析。在最优模型的基础上,建立了考虑焊接材料时的仿真模型,分别分析了热电元件碲化铋和铜块之间焊接材料(焊锡、铟和银)对珀尔帖电流引线漏热和热电元件碲化铋低温端温度值的影响。由仿真结果分析可以得到,在热电元件碲化铋和铜块之间焊接材料(焊锡、铟和银)使珀尔帖电流引线的漏热增加了,但增量是比较小的。     

800A高温超导电流引线的研制

介绍了800A双磁体高温超导(HTS)电流引线的结构、设计参数及制做过程,论述了其加工、组装、实验及调试结果,进而验证该设计方案较为合理地满足双磁体运行要求。     

高温超导电流引线在EAST装置工程调试中投运

EAST全超导托卡马克核聚变实验装置有一对纵场磁体电流引线和12对极向场线圈电流引线,额定电流为14.5～16.3 kA,在第二轮装置工程调试中5对高温超导电流引线投入运行.这些电流引线的高温超导段系传导冷却,上端用79K液氮冷却,下端由4.5K超临界氦流迫冷;铜电流引线段采用氮蒸汽冷却.运行参数表明高温超导电流引线具显著的节冷效益.本文介绍这些电流引线的运行工况和安装前的接收试验结果.     

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。     

加速器磁体用6 kA高温超导电流引线性能测试

6 kA电流引线为二元型,高温超导段的运行温区为4.5～77 K,为传导冷却;而换热器段的运行温度范围在77 K至室温,由液氮冷却。电流引线的额定运行电流为6 kA,最大电流为8 kA。本文主要介绍6 kA电流引线的结构设计及其稳态运行、失冷故障测试(Loss of flow accident,LOFA)、8 kA过流能力、6 kA脉冲模式等测试,测试结果满足设计要求。     

ITER高温超导电流引线的高安全分流器研究

电流引线是室温电源电缆与低温磁体之间的电连接部件.高温超导材料在液氮温度下具有零电阻率和低热导率的特性,用它做成的电流引线可以大大减小低温系统的热负荷,从而减少制冷设备投资及系统运行费.高温超导电流引线可以分为阻性换热器段和高温超导段两部分(其中还包括各部件间的连接部分).高温超导段的分流器设计关系到冷端热负荷大小以及超导段失超后的安全问题.为了研究国际热核聚变试验堆(ITER)电流引线高安全性能,专门设计、试验了68kA引线的1/90实验样品.本文通过对比全CuBe(cu-2%Be)分流器、全不锈钢分流器和二元分流器的失冷故障(LOFA)实验结果,证明二元分流器能够克服安全性和冷端漏热矛盾,可以满足ITER高安全性的要求.     

ITER 68 kA高温超导特大电流引线研发

国际受控热核聚变试验堆由18个D形环向场线圈、6个中心螺管线圈、6个圆形极向场线圈和18个校正场线圈组成巨大的超导磁体系统.为大幅度减小磁体系统的低温制冷设备投资和日后的运行费,采用容量分别为68、52、45和10 kA总共30对高温超导电流引线馈电.不仅电流容量特大、安全性要求特高,而且还需承受低真空下巴申放电条件的30 kV直流高电压.本文介绍68 kA电流引线的相关设计和研发.     

高安全ITER高温超导电流引线的分流器材料选择

当高温超导失超后其电流由分流器承载,分流器材料的选择将影响电流引线冷端热负荷和运行费用.本文通过不同金属材料物性的对比计算,寻找最佳的分流器材料,使得ITER巨型超导磁体的高温超导电流引线运行可靠和费用最低.分流器横截面积确定基于分流器与Bi-2223基体AgAu的电阻率对失超后电流分配比,这样保证超导体转入电阻态后分流器分流大部分电流,同时由于分流器具有很好热沉作用,抑制超导体温度迅速上升,从而避免超导材料烧毁或过热.     

超导磁体气冷电流引线优化设计

提出了一种较为准确的计算超导磁体气冷电流引线最优长横比与电流引线末端流向低温容器热量的方法。根据电流引线的热平衡方程,利用程序设计,采用反复迭代、逐步逼近的方法,并以无氧铜材料为例,计算了10kA电流引线的长横比与流入低温容器的最小漏热。     

一种电流引线的热力学计算方法

从超导磁体气冷电流引线的热平衡方程出发,对电流引线进行分段,提出了一种较为精确计算电流引线长横比及由电流引线末端流入低温容器热量的计算方法;电流引线中氦气流阻是设计电流引线时一个很重要的参数,由于电流引线片形状很复杂,计算其中氦气流阻比较好的方法是采用CFD软件Fluent。氦气模型单元数很庞大,因此对氦气模型进行了简化和分段,相邻两段模型间采用流量和压力边界条件进行耦合。     

Critical current behavior in locally illuminated superconducting lead strips

We have used guided optical waves to locally illuminate superconducting thin lead strips and measured the critical current as a function of optical power. The measured results resemble the predictions of a simple heating model more closely than the Parker T¹ model in the temperature range investigated (5.5 K to T_c) and several possible reasons for this behavior are discussed.     

新型FeSe基超导材料研究进展

FeSe基超导体作为铁基超导材料家族的重要组成部分,已经成为凝聚态物理研究的一个热点领域,对这类超导材料的探索和制备是研究其物理性质的基础.目前,对于FeSe基超导材料的探索主要集中于插层和外延单层FeSe薄膜.其中,通过插层方法获得的FeSe基超导材料具有独特的性质,且种类众多.本文介绍了近年来发现的一系列FeSe基高温超导材料,涵盖K_xFe₂Se₂,A_xNH₃FeSe,LiOHFeSe和有机分子插层FeSe等,并针对各种材料,简述了其性质及影响.     

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用有限元软件Fluent对EAST超导磁体电流引线中氦气流阻进行了计算。计算中对氦气模型进行了简化和分段,相邻两段模型间采用流量边界条件和压力边界条件进行耦合。计算结果表明:氦气的压力降主要集中在靠近室温端;气体模型厚度越薄,氦气压力降越大;通过电流引线的电流越大,氦气的压力降越大;在引线片凸纹的狭窄处氦气速度很大,在靠近室温端时最大可以达到21m.s-1左右。     

超导磁约束系统中超导磁体涡流损耗的研究

在超导磁约束系统中,超导磁体与射频场、磁场、声场、电场等复合场的兼容耦合是系统稳定运行的关键。探讨了在13.56 MHz频率下的Shoji型天线产生的高频电磁波对超导磁体的影响,高频电磁波会在超导磁体表面产生涡流损耗,进而产生功率损耗并生成热量,导致超导磁体失超。为避免失超现象的发生,在超导磁体室温孔内采用金属屏蔽层进行防护。利用COMSOL软件对整个电磁-射频非线性耦合场进行建模仿真分析,完成了屏蔽层结构的优化选择。基于计算结果,分析讨论了屏蔽层厚度和高度变化对超导磁体上涡流损耗功率的变化影响。通过对超导磁体涡流损耗功率随屏蔽层参数变化进行拟合,最终得到了优化后的屏蔽层参数。     

超导磁体电流引线氦气流阻研究

超导磁体电流引线中氦气流阻是设计电流引线时的一个很重要参数。计算电流引线片中氦气流阻比较好的方法是采用有限元软件F luent。由于氦气模型庞大的有限元单元数,因此该文中对模型进行了简化和分段,相邻模型段间采用流量边界条件和压力边界条件进行耦合。     

超导实验室用交流恒流源设计

为了进行超导磁体的交流长样实验,根据系统研究目标,提出了一种三相电压型PWM整流器与单相全桥逆变器相结合的电路结构,并分别讨论各个部分的控制策略,然后对电路主要器件参数进行了详细设计,最后利用Matlab/Simulink工具对整个系统进行电路仿真,得到了较理想的负载电流输出波形。     

飞轮储能器的新型高温超导悬浮轴承研究

储能器是一种储存能量的装置,随着高温超导悬浮轴承运用到飞轮储能器中,储能效率得到了大大的提高。它的主要结构是由高温超导体和永磁体组成。文中提出一种全新高温超导悬浮轴承,并研究其的力学性能,为新型超导悬浮轴承的研究与开发做好了基础准备。