FAIR项目Super-FRS超导二极磁铁测试线圈的三维失超数值模拟

国际反质子与离子研究装置(FAIR)项目中的Super-FRS超导二极磁铁是一个大型温铁结构的超导磁体,由中国负责设计、研制和测试。为了研究超导线圈的性能和其设计的可靠性,前期研制了一个测试线圈。建立了一个基于ANSYS和OPERA 3D的三维失超模型,不仅将模拟结果和实验数据进行对比,更可以获得失超过程的更多细节。模型将环氧浸渍的超导线圈简化为各项异性连续介质。将ANSYS求解器用于瞬态传热过程的分析,OPERA 3D用于磁场计算,并采用ANSYS脚本语言（APDL）进行焦耳热的计算和保护电路方程的求解。模拟得到了温度、电压、电流随时间的变化曲线和失超传播过程。最后将模拟结果和测试线圈的测试结果进行了比较。     

超导波荡器模拟线圈失超动态过程测试

中国科学院上海应用物理研究所成功进行了超导波荡器模拟线圈研制,高速高精度测试平台搭建;并在制冷机直接冷却式小型超导磁体测试平台上完成了失超信号采集,分析了失超信号,得出失超传播相关数据,完成了超导波荡器模拟线圈失超动态过程测试。     

Super-FRS超导磁体失超瞬态热应力分析

国际反质子与离子大科学工程(FAIR)项目是一个大型的国际合作项目,其中Super-FRS超导二极磁体由中国科学院近代物理研究所研制。利用ADINA有限元程序对项目中的超导Super-FRS磁体线圈的失超过程进行了模拟分析。利用C程序对ADINA程序进行二次开发以便对有限元求解器的调用和载荷的控制。分析结果显示:在失超过程中产生的最大热应力为26 MPa,可能产生的声波频率在35 Hz左右。     

Super-FRS超导磁体失超瞬态热应力分析

国际反质子与离子大科学工程(FAIR)项目是一个大型的国际合作项目,其中Super-FRS超导二极磁体由中国科学院近代物理研究所研制。利用ADINA有限元程序对项目中的超导Super-FRS磁体线圈的失超过程进行了模拟分析。利用C程序对ADINA程序进行二次开发以便对有限元求解器的调用和载荷的控制。分析结果显示：在失超过程中产生的最大热应力为26 MPa,可能产生的声波频率在35 Hz左右。     

基于OPERA/QUENCH的MRI超导对称与非对称磁体失超特性对比(英文)

在MRI磁体的设计过程中,失超现象的研究对于超导磁体的安全运行具有重要的意义.本文采用三维有限元软件OPERA分别对1T对称磁体和非对称磁体的失超特性进行了仿真分析.详细介绍了仿真的建模过程和求解算法.NbTi超导材料的临界电流密度通过软件预设的查表变量实现设置.通过仿真分析,得到了两种磁体结构在失超过程中重要的物理量如超导线圈的电流、电阻的变化规律.三维仿真图形更有利于观察失超在不同方向的传播速度.通过比较得出结论,虽然对非称磁体的DSV比对称磁体要大,但在失超过程中,非对称磁体受到的破坏也比对称磁体要严重.     

快速磁通变化超导线圈失超保护的改进方法

大型托卡马克超导装置的超导线圈在快速励磁条件下 ,将在线圈中产生很大的感应电压噪声 ,可能比用于失超检测的电阻电压大几个量级 ,同时在大电流和快速励磁条件下失超保护对确保装置安全变得尤为重要。文中主要提出在超导线圈大电流和快速励磁条件下如何进行正确失超保护的一种方便又可行的工程方法 ,并在中科院等离子体所对 HT- 7U第一个超导中心螺管原型线圈进行的性能测试实验中取得了成功。     

高温超导线圈交流通流失超检测方法的实验研究

目前的失超检测的方法多针对超导线圈的直流工作状态。在交流损耗等实验研究及部分电力应用中,超导线圈将工作在交流通流状态。为了保障这种情况下超导线圈的安全,需要进行交流失超检测方法的研究。设计了用于高温超导线圈交流通流的失超检测方法,将桥路交流电压信号转换为直流信号后,对工作在交流通流情况下的超导线圈的失超状态进行判断。通过搭建实验平台进行了相关的实验。实验结果显示,采用这种方法能够有效地对工作在交流情况下的超导线圈进行失超检测。     

高温超导线圈交流通流失超检测方法的实验研究北大核心

目前的失超检测的方法多针对超导线圈的直流工作状态。在交流损耗等实验研究及部分电力应用中,超导线圈将工作在交流通流状态。为了保障这种情况下超导线圈的安全,需要进行交流失超检测方法的研究。设计了用于高温超导线圈交流通流的失超检测方法,将桥路交流电压信号转换为直流信号后,对工作在交流通流情况下的超导线圈的失超状态进行判断。通过搭建实验平台进行了相关的实验。实验结果显示,采用这种方法能够有效地对工作在交流情况下的超导线圈进行失超检测。     

超导线圈的失超检测

通过对国内外各种失超检测方法优缺点的比较,本文选取有源功率检测法来实现超导线圈的失超检测,并针对超导线圈电感值相等和电感值不等两种情况对有源功率失超检测电路进行了改进以及实验验证.结果表明,该失超检测方法能够及时准确的检测到失超信号,为超导线圈的失超保护提供了可靠的前提条件.     

电阻型超导限流器中带材失超与恢复特性

电阻型超导故障限流器中带材失超和超导恢复特性受电流、温度、磁场等因素影响,以YBCO超导带材为研究对象,建立了饼式线圈和螺线管式线圈绕制模型,分析了两种线圈中磁场分布特性,在液氮冷却条件下,表明了温度、磁场对临界电流密度和失超电阻率的影响;通过分析在三角波形故障电流作用下带材失超和超导恢复过程中的热过程,表明了超导恢复时间与失超后的温度和散热条件有关,当温度低于105 K时,超导特性恢复较快。为超导限流器的结构、冷却设计提供参考。     

Physical design of superconducting magnet for ADS injection Ⅰ

A superconducting solenoid prototype magnet for Accelerator Driven Subcritical System (ADS) Injection Ⅰ has been designed and fabricated, which has also been tested in a liquid Helium state inside a vertical Dewar in the Haerbin institute of Technology in November 2012. The design current was 210 A, when the test current reached 400 A no quench occurred so the solenoid magnet was forced to quench by the embedded heaters. The integral field strength, leakage field at the nearby upstream and downstream superconducting spoke cavities all meet the design requirements. At the same time, it also checked the reliability of the vertical test Dewar and the quenched detection system. The superconducting prototype magnet has accumulated valuable experiences for the coming batch magnets production and cryogenic test.     

HT-7U中心螺管模型线圈失超信号检测

中心螺管是超导托卡马克装置磁体系统的重要组成部分 ,在 HT- 7U中 ,中心螺管采用管装超导电缆绕制 ,线圈以脉冲方式运行。文中介绍了 HT- 7U中心螺管模型线圈实验中 ,失超信号检测系统的工作原理及失超信号特点。当磁体以脉冲方式运行时 ,失超信号检测系统为装置提供可靠的失超保护动作信号 ;还给出了有关的实验数据和检测系统记录的失超信号变化曲线。     

泄能支路对CFETR失超保护系统影响分析

中国聚变工程实验堆(CFETR)是中国自主设计的下一代聚变装置,其超导线圈的电流最大达到100 kA。失超保护系统尤其是直流保护开关的可靠性对于超导线圈的保护极为重要。分析了系统中泄能回路参数对CFETR失超保护开关的动作可靠性影响,首先通过理论计算分析杂散参数对开关动作的影响趋势,然后通过仿真求解关断过程中各支路电流电压来验证计算。计算结果证明,较大的泄能支路杂散参数将改变直流开关的关断参数,并降低直流保护开关的动作可靠性。最后对泄能电阻杂散电感提出小于120 μH的设计要求,确保系统安全可靠地运行。     

分段保护超导螺线管磁体失超过程的过电压

超导磁体失超过程的过电压准确分析是失超保护系统设计的基础。对于分段保护的超导螺线管磁体,在传统椭球形正常区失超传播模型的基础上,将3维温度计算结果映射到1维导线方向上,确定沿导线的温度分布,进而计算出各匝电阻。将线圈看作以匝为单位的电阻和电感组成的电路,计算出沿导线的电阻电压、电感电压以及合电压瞬态分布,较准确地估计了失超过程中最大对地电压、层间电压和匝间电压。利用该方法对某分段保护的螺线管磁体进行了计算,获得了失超过程中磁体内部过电压;发现磁体内部的电压分布由方向相反的电感电压和电阻电压共同决定;以单段正常区电阻电压作为该磁体对地电压过于保守。     

CR超导二极铁导线的3D有限元失超模拟

利用FEM软件ANSYS对德国GSI的FAIR项目的超导二极铁的超导线进行了失超模拟. 该模拟形象地给出导线的失超过程, 通过APDL编程可以得到失超传播速度, 失超时导体的端电压随时间的变化. 文章还进一步研究了导线的最小失超传播区域MPZ, 失超段初始温度和电流对失超传播速度的影响.     

分段保护超导螺线管磁体失超过程的过电压

超导磁体失超过程的过电压准确分析是失超保护系统设计的基础。对于分段保护的超导螺线管磁体,在传统椭球形正常区失超传播模型的基础上,将3维温度计算结果映射到1维导线方向上,确定沿导线的温度分布,进而计算出各匝电阻。将线圈看作以匝为单位的电阻和电感组成的电路,计算出沿导线的电阻电压、电感电压以及合电压瞬态分布,较准确地估计了失超过程中最大对地电压、层间电压和匝间电压。利用该方法对某分段保护的螺线管磁体进行了计算,获得了失超过程中磁体内部过电压;发现磁体内部的电压分布由方向相反的电感电压和电阻电压共同决定;以单段正常区电阻电压作为该磁体对地电压过于保守。     

串联超导单元失超特性改善方法的仿真研究(英文)

为承受高电压与高电流等级,电阻型超导限流器的各个无感超导单元间不可避免地要进行串并联,由此会带来单元间失超不同步的问题.本文以单根344S超导带材在100ms的故障时间内,带材温度由92K升至300K时,失超电阻随温度的变化为基础,对两者间的关系进行了拟合.之后,以拟合函数为核心,利用Simulink的库中元件构建了单位长度344S带材的失超电阻模型并将其封装为模块.最后,搭建仿真电路模拟了故障时间内两个串联失超模块不同步失超的过程,仿真了分流电阻对失超不同步的改善并对分流电阻的选取进行了优化分析.结论证实,较小阻值的分流电阻更有利于改善失超特性.     

C掺杂MgB2超导线材的失超特性研究

研究了不同芯数(单芯、6芯和12芯)的C掺杂MgB2超导线材的失超特性.在制冷机环境(20K)下测量了C掺杂MgB2超导线材样品在自场下的最小触发能及失超传播速度.实验结果表明,失超传播速度随着工作电流的增大而线性增加.失超传播速度的大小跟测量位置有关,离触发区越近的传播速度越大.单芯样品的最小触发能最小,6芯和12芯线的最小触发能相差不大.最小触发能随工作电流的增加成指数形式衰减.     

Central region design for a 10 MeV internal ion source cyclotron

Internal ion sources are widely adopted in commercial cyclotrons used for short-life isotopes produc-tion. Without beam manipulation provided by the external beam injection line, the central region of this type of cyclotron is more sensitive and should be carefully designed. A design study and beam dynamics simulation for the central region of a 10 MeV compact cyclotron is presented. The OPERA3D/TOSCA code was used to calculate the electric field from a parameterized three dimensional (3D) central region model. With iterative structure optimizations of the central region, the beam centering and vertical focusing is well controlled, and the RF phase acceptance is around 25° A c++ code for beam simulation in the central region was developed and tested.