特殊工况下的高温超导磁体冷却系统的设计

特殊工况下的高温超导磁体的设计要求是在30分钟内快速降温到63K以下,并且保持磁体在工作温度下持续工作至少8个小时。提出了采用液氮浸泡磁体,并通过液氦预冷和减压对液氮进行冷却,使液氮快速降温到63K以下形成固态氮的冷却方式。计算了磁体运行时的总热负荷,对比全部利用固氮维持磁体运行、部分利用固氮作为储冷介质同时利用斯特林制冷机制冷维持两种维持磁体低温运行方案,最终确定第二种冷却方案。     

Bi2223/Ag带小型高温超导实验磁体设计

Bi2223／Ag带材的强各向异性决定了其临界电流对垂直于带材表面的磁场非常敏感，这是该带材在高温超导磁体等强电应用方面的不利因素。我们从减小磁体最大径向场BRmax对磁体运行电流的影响、充分利用超导材料的原则出发，讨论了高温超导磁体的设计方法。在小型Bi2223／Ag实验磁体的设计中，根据对径向磁场的计算、分析，确定了磁体的工作点。     

高温超导磁体研究进展

 美国Ｄｕｐｏｕｔ公司设计了一个高温超导磁分离机,它将用于分离高岭土和钛氧化物中的矿物质．这个高温超导磁体直径为０．８ｍ,中心磁场为２到２．５Ｔ,运行温度为２０Ｋ．美国佛罗里达高场实验室报道了它们一个３Ｔ的高场高温超导插入线圈,导线用ＰＩＴ法制造,线圈为双并式结构,用Ｗ＆Ｒ法制造．里层线圈的导线是纯银基,外面二组线圈导线是用Ａｇ和ＡｇＭｇ作基底．线圈试验是成功的．芬兰Ｔａｍｐｅｒｅ大学和美国超导公司合作研制了一个５ＫＪ的高温超导微型ＳＭＥＳ,该储能线圈是美国超导公司用Ｂｉ－２２２３带绕成的,其运行电流为１６０Ａ,运行在２０Ｋ温度下,磁体采用二级Ｇ－Ｍ制冷机冷却,冷却功率为８Ｗ．     

高温超导MRI磁体试验样机的设计

对MRI用高温超导磁体试验样机的设计进行了介绍,包括项目的市场需求、磁体的基本参数和系统热负荷的预设计结果等。     

高温超导磁体试验装置设计

在高温超导磁体试验装置设计中,冷却方式有制冷机传导冷却和液氮浸泡冷却两种。制冷机传导冷却是将磁体通过一种热导率高的材料与制冷机冷头相连。该方式为保证绝缘、冷量传递、温场均匀性等指标,对磁体的结构设计要求较高;液氮浸泡冷却是将高温超导磁体浸泡在液氮中,该方式虽然对磁体结构设计要求有所降低,但在试验过程中需定期补充蒸发掉的液氮,试验过程较繁琐。有鉴于此,我们设计了一套利用热虹吸原理的零蒸发液氮浸泡冷却高温超导磁体试验装置,超导磁体吊装在杜瓦上盖板法兰下,液氮浸泡超导磁体,带GM制冷机的液氮再冷凝杜瓦与超导磁体分开,用一根真空绝热管道将两者连接起来,利用热虹吸原理构成自循环系统。     

大孔径背景场磁体的设计与分析

基于中国聚变工程实验堆(CFETR)接头的设计要求，提供了一种大孔径背景场磁体的设计方案。构造出大孔径背景场磁体的结构，利用背景场磁体来得到相应的磁场数据，对比研究磁体的参数对磁场的影响，得出相关参数的变化规律。利用Gandalf 程序模拟计算出CFETR 接头背景场磁体的分流温度，考虑到液氦的流体力学性能，采用Gandalf 程序模拟超导股线的失超行为，估算出较为精确的最小失超能。将最小失超能作为Q₀ 值代入到程序中得出热斑温度值，分析结果表明，设计符合要求，为CFETR 高温超导接头的制作和实验提供了可靠依据。     

高温超导线圈在大电流下稳定性的数值仿真

在电力应用中,超导磁体可能会因为线圈工作于过流状态而失超,也可能会因为交流损耗而导致失超.为此,我们模拟了一个磁体在大电流过载下的稳定性情况.我们使用了一个建立在热传导方程和麦克斯韦方程基础上的差分数值计算方法来得出磁体内部的温度分布.我们对各种不同的电流冲击情况进行了考察,我们的模型可以使磁体设计者在实际制作之前能够估计一个比较安全的操作电流水平,有着广泛的实用价值.     

基于线性规划的高温超导磁体线圈设计方法

电子真空回旋器件是一种对磁场精度要求较高的微波源装置,一般采用超导磁体提供磁场环境.超导磁体的应用中,磁场分布的实现是超导磁体设计的核心问题.提供回旋器件磁场的高温超导磁体包含较复杂的磁体绕组,为了解决此类设计计算问题,本文提出了一种包含设计区域约束的线性优化方法进行回旋器件高温超导绕组的设计优化,通过分步的约束和线性优化计算,可得到同时满足设计要求和绕组可实现的设计磁场电流分布设计.计算实例的结果给出了一个提供磁场强度1.3 Tesla,长度285 mm的均匀磁场区域,同时满足多位置的磁场要求,设计结果与要求一致度较好,精度满足应用需求.该计算方法是一种可适用于较复杂磁场要求和超导绕组结构的设计优化方法.     

传导冷却高温超导磁体的电磁分析

本文对高温超导双饼线圈的绕制、测试和结果进行了讨论和分析，在此基础之上对传导冷却高温超导磁体进行了电磁分析，通过对6到21个双饼线圈组成的磁体的各种参数进行计算，得到了一系列变化曲线，从中可以看到各个参数的变化趋势，以便有效设计高温超导磁体。     

高温超导强电应用研究进展与展望

评述了目前高温超导材料强电应用研究的进展,着重介绍了故障电流限制器(FCL)、输电电缆、变压器等热点项目,以及美国在军事方面的应用动向,对高温超导强电应用前景进行了展望。     

高温超导转变温度电输运测量的影响因素研究

介绍了一种基于小型制冷机的高温超导转变温度测量装置,并且探究了在这套装置基础上进行实验所需要的测试条件。实验包括三项内容:(1)比较了电流换向法、三点Delta法以及偏置欧姆法三种消除热电势的方法,并最终决定采用适合本装置的电流换向法进行测量;(2)对通入样品的测试电流大小对测试的影响进行了研究,进而确定了进行高温超导材料转变温度测试时所通入电流的范围;(3)对钇系和铊系两种高温铜氧化物超导体进行反复测量,确定最大重复性误差小于0.4K。     

高温超导混频器噪声系数测量

基于小型脉冲管制冷机,建立了以Josephson结为混频器的高温超导混频系统,并以Y-因子测量方法为基础,建立了与之配套的噪声系数测量系统。测量出以Josephson结为混频器的超导混频系统的噪声系数。在最好的情况下,测量的噪声系数值为5.50dB。     

Experimental demonstration of vortex pancake in high temperature superconductor

In order to demonstrate the existence of the vortex pancake in high temperature superconductor experimentally, a configuration in which the current and voltage electrodes lies separately on the top and bottom surface is used. The E-j relation obtained with this electrodes spatial configuration is different from the expected E-j behavior of the stiff vortex line model. Thus, the current results support the existence of the vortex pancake in high temperature superconductor.     

Hall anomaly in CNT-doped Y-123 high temperature superconductor

In order to study the Hall effect in pure and CNT-doped Y-123 polycrystalline samples, we have measured the longitudinal and transverse voltages at different magnetic field (0 ? 9 T) in the normal and vortex states. In the normal state, the Hall coefficient is positive and decreases with increasing temperature, and can be approximately fitted to R_H = a + bT^?1. We have found a sign reversal in the pure sample for the magnetic field of about 3 T, and double sign reversal of the Hall coefficient in the 0.7 wt% CNT-doped sample at about 3 and 5 T. The Hall resistivity in our samples depends on the pinning.     

Resonant spin excitation in an overdoped high temperature superconductor

An inelastic neutron scattering study of overdoped Bi(2)Sr(2)CaCu(2)O(8+delta) ( T(c) = 83 K) has revealed a resonant spin excitation in the superconducting state. The mode energy is E(res) = 38.0 meV, significantly lower than in optimally doped Bi(2)Sr(2)CaCu(2)O(8+delta) ( T(c) = 91 K, E(res) = 42.4 meV). This observation, which indicates a constant ratio E(res)/k(B)T(c) approximately 5.4, helps resolve a long-standing controversy about the origin of the resonant spin excitation in high temperature superconductors.     

Flux creep in the Tl-1223 high temperature superconductor

The relaxation of the irreversible magnetization has been measured by a Faraday magnetometer for the weakly anisotropic polycrystalline Tl_0.5Pb_0.5Sr₂Ca₂Cu₃O₉ (Tl-1223) and a highly anisotropic Tl₂Ba₂Ca₂ Cu₃O₁₀ (Tl-2223) single crystal. From these data, the effective activation energy, U _eff(j)=U _l(j _c /j)^μ, is determined by the method of Maley. A comparison of the irreversibility data at 77 K for different high-temperature superconductors (HTSC) indicates that the irreversibility field is quickly decreasing with increasing distance between the superconducting CuO₂-layers. In agreement with this tendency, U _eff is higher for the one-intermediatelayer compound Tl-1223 than for the highly anisotropic two-intermediate-layer Tl-2223 compound. The exponent μ≡d log(U _eff)/d log(j) saturates for Tl-1223 at a value of μ≈1.4 near j _c and decreases with decreasing current down to 0.3. On the other hand μ increases for Tl-2223 with increasing current from 0.1 up to 2.5 and shows no tendency to saturate. A comparison with data for Y-123 and Bi-2212 taken from literature, indicates that the flux creep in Tl-1223 is 3-dimensional like in Y-123. Therefore it can be explained by the 3D collective creep model for not too small currents. For Tl-2223, 2-dimensional behaviour is observed.     

MgO单晶基片上YBCO高温超导薄膜的制备

在2英寸MgO(001)单晶基片上,采用直流溅射法,通过基片高温退火,成功制备了性能优越的YBa2C3O7-δ(YBCO)双面超导薄膜,能够满足超导滤波器的设计要求。X射线衍射(XRD)分析表明经过退火的基片上生长的YBCO薄膜与基片有单一的外延取向关系;用原子力显微镜(AFM)和高能电子衍射(RHEED)分析高温退火对基片表面状况的改变。结果表明制备的YBCO薄膜具有很好的超导电性,薄膜临界电流密度Jc(77K,0T)≈2.5×106A/cm2,微波表面电阻Rs(10GHz,77K)≈0.16mΩ。     

高温超导约瑟夫森结阵列的相位锁定

根据交流约瑟夫森效应,研究了嵌入Fabry-Perot谐振腔里的约瑟夫森结阵列在微波辐照下的相位锁定问题。结阵列是由生长在双晶钇稳定氧化锆(YSZ)基片上的YB2Cu3O7(YBCO)超导薄膜光刻成微桥得到的。通过优化设计,在温度为79.2K辐照频率为77.465GHz的条件下,包含620个串联约瑟夫森双晶结的结阵列在外加微波辐照下实现了相位锁定,得到了陡峭的夏皮罗台阶。其第一级夏皮罗台阶的电压约为0.1V,台阶高度约为0.17mA。试验结果表明,这种结阵列结构在电压基准的应用上有极大的优势,而且这种准光学耦合方法在太赫兹信号发生和检测方面有很好的应用前景。