低温／高温复合超导体的热稳定性的数值模拟研究

本文提出了一种高温超导体与低温超导体直接复合成混杂结构的复合超导体的导体模型.针对NbTi/Bi2223复合超导体的热稳定性进行了初步的理论模拟研究,结果表明低温/高温复合超导体的最小失超能远大于低温超导体,失超传播速度介于纯低温超导体和高温超导体之间,对于超导磁体的热稳定和保护具有重要参考价值.     

低温/高温复合超导体分流温度的定性计算

本文基于超导体幂指数模型对低温超导体和高温超导体的分流温度分别作了数值计算,计算结果与现有的分流温度估算公式结果符合的很好.本文还讨论了幂指数模型中不同n值对低温/高温复合超导体分流温度的影响,并对复合超导体分流温度做了数值计算,结果显示在相同传输电流下,低温/高温复合超导体的分流温度比传统低温超导体的分流温度高3.2K以上,这表明这种复合超导体较传统低温超导体具有更好的稳定性.     

低温/高温复合超导磁体的研究进展

低温/高温复合超导体的研究是当前超导领域比较新的一个课题,文章介绍了低温/高温复合超导体的结构以及加工工艺,并结合相关数值模拟和实验结果对复合超导体电流分布、热传导性质、理论机理和稳定性研究等相关问题进行了讨论与探索。     

NbTi/Bi2223复合超导体制备工艺的研究

采用合适的工艺制备NbTi/Bi2223复合超导体,制备完成后在液氮温度下,对复合带中的高温带Bi2223/Ag进行IC测试,证明这种工艺不会对Bi带造成破坏,工艺可行。在进行IC测试时,需要注意NbTi/Bi2223复合超导体的换流长度,因此计算了NbTi/Bi2223复合超导体在液氮温度下的换流长度。     

基于LabVIEW的高温超导材料特性测试实验

高温超导体临界特性的测量是近代物理实验中最为经典的实验之一,本文通过使用GM制冷机,利用Lab-VIEW虚拟仪器软件和高性能采集卡,改进了传统的测量高温超导材料临界特性的实验装置.本测试系统不仅可以测量高温超导体在不同温度下的临界电流,还可以测量其失超传播特性.该实验对于学生了解超导体特性和培养严谨的科学作风十分有益.     

自旋三重态超导体结的直流Josephson电流

在s波超导体/绝缘层/自旋三重态超导体结中,计算了直流Josephson电流随结的温度、相位差以及绝缘层势垒强度的变化关系.当自旋三重态超导体具有px波配对势时,自旋三重态超导体结的直流Josephson电流随结两侧相位差的振荡周期是π,与结的相位差的关系为sin(2).结界面的绝缘层势垒散射均抑制结的直流Josephson电流.     

高温超导体的磁化与磁滞损耗

利用三种临界态模型(Bean模型、Kim模型和指数模型),采用比较简单的方法,以Bi2223高温超导体为例,给出了平板状超导体的初始磁化曲线和磁滞回线的解析表达式.对不同温度和磁场下的磁化强度进行了编程计算,对计算结果进行讨论.利用推导的公式,讨论了温度和外加磁场对高温超导体的磁滞损耗的影响. 关键词： 磁滞损耗 磁通钉扎 高温超导体 临界态模型     

金属封装内冷型高温复合超导体电磁特性的有限元分析

基于工程化高温超导带材的内冷型复合超导体电磁特性受磁场各向异性影响较大,采用有限元方法分析了内冷型复合超导体的电磁特性。利用COMSOL Multiphysics建立了基于商品化高温超导带材的金属封装内冷型高温复合导体的有限元计算模型,并对其进行电磁仿真分析,得到了内冷型复合超导体的磁场分布,应用高温超导材料在磁场下的Jc-B曲线关系,获得内冷型复合导体在77K液氮温区下临界电流受磁场影响的变化规律。采用电场强度与电流密度进行面积分的方法,计算得到了不同频率、不同通流下内冷型复合导体的交流损耗情况,计算表明,相同频率下交流损耗随激励电流的增大而增大,相同激励电流条件下交流损耗与通流频率成正比关系。     

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.     

一种混合型桥式高温超导限流器的研究

提出一种改进的桥式高温超导限流器拓扑结构,将不同高温超导体制成的限流电阻与限流电感同时串入桥式限流回路.正常状态下,限流电感与限流电阻均为超导态,限流器呈现低阻抗.故障状态下,限流电感保持超导态,利用电感抑制故障电流的快速增加;同时,由于故障电流超过限流电阻的临界电流值,超导体迅速失超导致线路阻抗突然增大,可以限制故障电流稳态值.本文进行了限流原理的理论分析,并进行了系统仿真.结果表明,该拓扑结构同时利用了超导体超导态的电感和失超后的电阻来限制故障电流,限流效果好,响应和复位速度快,是对桥式限流结构和混合型限流原理的有意义的探索.     

Induced current of high temperature superconducting loops by combination of exciting coil and thermal switch

With its commercialization, the second-generation (2G) high temperature superconducting (HTS) RE—Ba—Cu—O (REBCO, RE is rare earth) tape is extensively applied to the superconducting magnets in the high magnetic fields. However, unlike low temperature superconducting (LTS) magnets, the HTS magnet cannot operate in the persistent current mode (PCM) due to the immature superconducting soldering technique. In this paper, an exciting method for two HTS sub-loops, so-called charging and load loops, is proposed by flux pump consisting of exciting coil and controllable thermal switch. Two HTS sub-loops are made of an REBCO tape with two slits. An exciting coil with iron core is located in one sub-loop and is supplied with a triangular waveform current so that magnetic field is generated in another sub-loop. The influence of magnetic flux on induced current in load loop is presented and verified in experiment at 77 K. The relationship between the induced magnetic flux density and the current on the sub-loops having been calibrated, magnetic flux density, and induced current are obtained. The results show that the HTS sub-loops can be excited by a coil with thermal switch and the induced current increases with magnetic flux of exciting coil increasing, which is promising for persistent current operation mode of HTS magnets.     

新型高温超导扭绞缆线的临界电流评估方法及其特性研究

高温超导缆线是研究各种大电流高温超导应用的基础.将超导材料通过不同方式组合成复合导体,不仅可以让缆线的载流量得到提升,更可以在机械强度和电磁特性等方面得到改善.在国内外众多研究缆线的团队中,上海交通大学超导团队提出了一种基于YBCO高温超导带材的新型高温超导扭绞缆线结构.这种结构在理论上不仅实现了载流量和机械强度的平衡,还通过扭绞改善了电磁特性[4-5].但是目前对于这种缆线的研究还处于起步阶段,特别是对其临界电流特性的研究.因此为了研究新型高温超导扭绞缆线的临界电流特性,本文从新型高温超导扭绞缆线的结构出发,通过仿真和实验两个角度对新型高温超导扭绞缆线的临界电流特性进行研究.在仿真方面,用H方程法计算缆线的临界电流,并探究扭绞节距是否会对临界电流的衰减产生影响.在实验方面,研究出了一种最适合于该缆线结构的临界电流评估方法“SVWE-copperwire-TU”.并用该方法测量了新型高温超导扭绞缆线的临界电流特性.本研究的结论对于后续制作更大电流的新型高温超导扭绞缆线具有重要意义.     

磁约束等离子体推进器高温超导磁体系统的电磁计算

在地面实验中磁约束等离子体推进器磁体系统是靠四个NbTi低温超导磁体提供磁场,现在设计依靠G-M制冷机传导制冷的由Bi2223超导带材绕制成的四个高温超导磁体替代以前的四个低温超导磁体.本文利用ANSYS有限元分析软件进行电磁计算,得出高温超导磁体的参数。     

20kA高温超导电流母线本体的绕制和实验

系统描述了20kA、5米长高温超导电流母线本体的绕制、焊接及实验。超导母线本体设计采用成熟的均流技术设计,在自主开发的专用绕线机上进行绕制。超导线采用B i2223/Ag多芯不锈钢加强带材。在超导带材与端部焊接过程中采用新的焊接技术,保证了超导性能不退化和减小接触电阻。对绕制的超导母线本体进行了直流实验。实验结果表明,两端端部接触电阻小于10nΩ,超导母线的临界电流大于32kA,满足设计指标要求。     

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.     

Computation of AC losses in high-temperature superconductors

A formulation for the computation of AC losses in technical HTS conductors by using commercial FEM packages developed for two-dimensional computation of electromagnetic problems is presented. The formulation takes into account the real current density–electric field characteristic of a conductor and the spatial dependence of the current density. Having presented the formulation, example runs comparing transport current loss behaviour between HTS and LTS conductors are given.     

高温超导薄膜临界电流密度的无损测量研究

临界电流密度Jc是超导薄膜的一个重要参量,它可以衡量超导薄膜的功率承载能力。大面积高温超导薄膜制成后,其Jc需要被无损精确测量。文中提出了一种新的交流磁场下的高温超导薄膜临界态模型:(1)基于此模型对薄膜的临界电流密度进行了精确无损测量;(2)并将实验测量的三次谐波电压曲线进行拟合研究。首先,根据麦克斯韦方程和伦敦方程,计算外加直流磁场超导薄膜Meissner态下电流和磁场在薄膜内的分布;然后分析薄膜进入临界态后内部电流的变化,在考虑顶扎力作用的情况下,提出了临界态电流和磁场非均匀分布模型;最后根据其模型,推导出三次谐波电压的表达式。为了验证该理论,分别对四片超导薄膜在不同频率下进行了三次谐波和临界电流密度测量。实验结果表明:三次谐波电压的理论与实验曲线一致;与四点传输法的测量结果相比较,该方法测量超导薄膜临界电流密度的误差在5%左右,具有高精度、无损伤、方便快捷等优点。     

Bi2223/Ag高温超导带材在脉冲电流下电磁特性分析

对高温超导带材在脉冲电流下的电磁特性进行了实验与仿真研究。实验部分对不同频率过电流下的伏安特性进行了测量,仿真部分运用有限元方法分析了电流和磁场分布特点。结果表明:在超导丝中,电流会因为频率的升高而呈现集肤效应,频率越高电流越向带材边缘集中,但与常规导体所不同的是,由于超导体各向异性的特点,边缘的非平行自场使该区域临界电流下降,导致电流密度最大的地方不是在带材的边缘,而是趋向于分布在磁场较弱的带材中部。     

Analysis of current ramp for a high-temperature superconducting magnet

In this paper, an equivalent electrical circuit for response of a high-temperature superconductor (HTS) system for arbitrary time varying transport current is considered and as well as an analysis of the generated resistance losses is given. Also, for the pancake coil made with superconducting Bi-2223/AgMg tape, hysteresis behavior on the voltage-current curve is examined as a function of the current rate during ramp up and down at liquid nitrogen temperature. Behavior of voltage versus current is in good agreement with considered theory.