JAERI 60kA高温超导电流引线的温度分布解析

在聚变装置用大型超导磁体中使用高温超导电流引线能大大降低冷冻机的负荷。大型核聚变装置需要20对60kA的电流引线，而传统的60kA铜引线的耗电量达100kW。若使用高温超导线后耗电量可望降低2／3，这意味着在聚变装置运行过程中可以节约2．7MW的电能。日本原子力研究所(JAERI)已经设计研制了60kA的电流引线，经60kA载流实验表明该电流引线达到了4．8W的低热漏，耗电量仅为以前60kA电流引线的1／3。     

1kA级铋系高温超导电流引线的性能

介绍了１ｋＡ高温超导电流引线的性能和测量过程．采用标准直流四引线电阻法测量了Ｂｉ２２２３ 棒状高温超导电流引线的性能．获得了在７７Ｋ,０Ｔ,Ｉｃ ≥１０００Ａ和在７７Ｋ,０ ．１Ｔ,Ｉｃ ≥５００Ａ的结果．     

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。     

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.     

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.     

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.     

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.     

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.     

垂向磁场变化量对高温超导块材悬浮力特性的影响

高温超导体因其无源自稳定的特性,受到许多学者的重视,具有广阔的应用前景.目前针对高温超导块材悬浮性能的研究主要集中于由永磁体产生的低磁场环境.本文基于超导磁体平台提供的强磁场环境,通过改变高温超导块材不同的场冷高度,实验研究了高温超导块材悬浮力与垂向磁场变化量的关系.研究结果表明随着垂向磁场变化量的增加,高温超导块材的悬浮力增长趋缓,并最终出现悬浮力饱和的现象.本文还对比了YBCO和GdBCO两种不同材料超导块材的悬浮性能,结果发现GdBCO的悬浮力在强磁场环境中表现出更大的潜力.这为高温超导磁浮在强磁场中的应用奠定了基础,通过更加合理地调节磁场的分布,可以更好地发挥高温超导块材的悬浮性能潜力.     

高温超导体在未来聚变装置中的应用

简要地介绍了磁约束托卡马克装置中用超导磁体代替常规磁体的发展方向 ;叙述了可能用在聚变中的两类高温超导材料 ,并讨论了托卡马克磁体对高温超导体的特殊要求 ;描述了高温超导体的聚变应用进展 ;介绍了高温超导电流引线以及 A- SSTR2反应堆高温超导环场 (TF)线圈的概念设计     

高温超导微带线的传输特性和设计考虑

利用唯象损耗等效法和宏观唯象模型来分析高温超导微带传输线的传输特性。宏观唯象模型克服了传统二流体模型不适用于高温超导体的缺点,使计算结果符合测量值。本文给出了高温超导体YBCO微带传输线的传输特性计算结果,可见其衰减及色散都很小。因此结合唯像损耗等效法和宏观唯象模型可以使高温超导微带线的设计精度有很大提高。     

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在全超导磁约束核聚变装置EAST中,采用高温超导电流引线将处于室温的电源连接处于超临界氦温区的超导磁体上。为降低实验过程中的运行成本,EAST装置中纵场磁体的电流引线采用混合式结构。电流引线测试结果表明引线符合设计要求。     

舰船电力系统用1MJ高温超导环型储能磁体的设计研究

介绍了舰船电力系统用 1MJ环型高温超导储能磁体的设计优化步骤 ,进行了环型磁体线圈最大磁场的优化、环型磁体单元尺寸的优化和环型磁体单元数目的优化 ,并得出了合适的磁体线圈尺寸。磁体线圈上的最大磁感应强度为 3-4 T,单元数目较大的环型磁体适用于 1MJHTS- SMES     

电力系统动模实验用50kJ高温超导储能磁体的设计研究

介绍了 2 0 K下对电力系统动模实验用 5 0 k J高温超导储能磁体的设计步骤 ,给出了用 Bi- 2 2 2 3单根超导带进行5 0 k J磁体线圈的设计和优化结果 ,分析了高温超导体的各向异性对磁体临界电流的影响和磁体漏磁的分布 ,并讨论了用单根高温超导带组成的超导体和用多根高温超导带组成的超导体设计的储能磁体的特性参数对改善电力系统动态特性的能力的影响。     

二代高温超导带材的机械特性研究进展

以 YBCO(YBa2Cu3 O7 -δ ) 为代表的二代高温超导带材因具有高临界转变温度、 高临界磁场和强载流能力,受到了国际学界高度关注, 在各个领域具有广泛的应用前景. 二代高温超导带材在绕制、 冷却和运行过程中会受到不同来源的外力作用, 且超导带材的韧性、 延展性较差, 因此其机械性能是影响安全性与设备运行可靠性的关键.本文基于二代超导带材各向异性的特点, 对超导带材轴向、 横向、 弯曲三个方向的静态机械性能及疲劳性能进行了介绍. 同时, 也对超导带材各方向机械性能的测试方法、 影响因素及机理进行了总结     

感应屏蔽型高温超导故障电流限制器测试系统

根据感应屏蔽型高温超导故障电流限制器的基本原理 ,研制了一套限流器动态性能测试系统 ,用于实时检测在额定状态和故障状态下限流器的电流、电压。详细地阐述了该测试系统的基本原理 ,给出了系统的软、硬件组成及实验结果     

超导电流密度研究

由 GL超导波函数及 GL第二方程导出了零场下超导电流密度矢量的数学表达式 ,讨论了相关物理意义 ;并由 London第二方程验证了其正确性。     

高温超导电缆终端的研究与开发

简单介绍了高温超导电缆的终端的基本结构特点与作用等 ;并主要介绍了工业化国家中美国、日本、丹麦等所研制的 HTS电缆终端以及目前我们所研制的终端情况。