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.     

68 kA高温超导电流引线关键参数研究

主要研究68 kA高温超导电流引线的关键参数,首先,对盒式超导接头直流电阻、换热器优化和整体安全分析的方法进行研究,随后对引线进行低温性能实验,结果表明,接头直流电阻、换热器流量消耗、LOFA及Burn-out时间等关键参数的计算结果与实验结果基本相符,本研究验证了关键参数计算及分析方法的准确性.     

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.     

ITER PF高温超导电流引线原型件分流器漏热分析

为了满足ITER(国际热核聚变反应堆计划) PF(极向场)高温超导电流引线运行所需要的5K端能量损耗,根据IO(ITER国际组织)的设计要求,对分流器进行了优化设计。为检验分流器漏热性能,对分流器的材料参数进行了研究,建立了分流器物理模型,并进行了理论漏热值计算,同时运用焓差法对漏热值进行了测试,结果表明理论值与试验值基本吻合,均满足IO的设计要求。该型高温超导电流引线分流器的成功应用将会为未来CFETR高温超导电流引线分流器的设计、制造及测试提供技术指导。     

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.     

ITER电流引线高温超导叠制作工艺及性能测试

ITER高温超导电流引线载流能力最大要达到68 kA,一根电流引线共需要1000多根银金基Bi-2223高温超导带并联.这些高温超导带分成90叠,每叠由12层带组成.银金基Bi-2223带价格是普通银基Bi系带的4～5倍,而目前欧洲超导公司提供的超导叠的报价几乎是其带价格加倍,所以开发超导叠的制作工艺是非常有价值的.本文详细的介绍了超导叠的真空钎焊制作工艺,并进行了77 K下超导带的接头电阻测试和77 K自场下的临界电流测试,以及模拟在实际运行温度65～5 K条件下高温超导叠的载流能力测试和接头电阻的测试.测试结果证明了此工艺的可行性.     

ITER HTS电流引线批量件验收性测试系统

ITER(International Thermonuclear experimental Reactor)高温超导电流引线(HTSCL)是ITER Feeder PA(Procurement Agreement)中非常关键且具有挑战性的项目,严峻的工作条件以及严格的质量等级要求使得低温测试不可或缺,其出厂前的低温测试也为其验收交付提供强有力的数据保障.本文介绍了高温超导电流引线系列件低温性能测试控制系统的构成及实现,该系统基于CODAC(Control, Data Access and Communication)分布式系统搭建而成,整合了PLC子系统,QDS子系统,interlock互锁子系统,包含数据存贮(Archiving),报警Alarm,用户操作接口(OPI),应用开发SDD,及历史数据浏览(Data browsing)等子功能.实验结果表明,该系统具有控制和测量精度高、使用方便、运行稳定可靠、用户界面友好等优点.     

气冷变截面电流引线优化设计与实验研究

电流引线是连接超导低温装置室温电源与超导单元的桥梁,其漏热直接关系到低温系统的运行稳定与运行成本.本文对传统的气冷电流引线分段计算方法做了一定的改进,提出了气冷变截面电流引线优化设计方法.应用此方法为一个YBCO高温超导带材临界电流特性测试装置设计了变截面电流引线.通过对电流引线的温度场分布进行实验测量,并与设计值进行比较,结果吻合较好,证明了气冷变截面电流引线设计方法的有效性和实际优化效果.本文的设计方法及相关实验研究为变截面电流引线在超导低温装置中的实际应用提供了一定的参考.     

三线圈超导磁体在脉冲电流下的动力稳定性分析

对于聚变反应堆中超导载流磁体在稳态电流基础上受到脉冲电流影响时的动力稳定性给出了定量分析方法。结合其超导载流磁体的实验结构,给出了超导磁体在不同稳态工作电流（即低于稳态的磁弹性人稳临界电流）作用下受到矩形脉冲电流作用 磁弹性动力响应的数值模拟结果。在此基础上,给出了关于稳态工作电流、脉冲电流强度和脉冲持续时间等参数的磁弹性动力稳定性参数范围。     

新型桥路型高温超导故障限流器的仿真研究

研究应用于三相电力系统中新型桥路型高温超导故障限流器.正常工作情况,在电桥上引入直流偏置电流,不出现限流现象.在短路故障情况,整流桥中的直流偏流影响限流效果,将二极管和偏压电源从限流器中退出运行,超导线圈的电感能限制故障电流峰值和稳态值,利用限流电阻与超导线圈串联限流,进一步提高其限流能力.分析了限流器的工作原理和限流特性.仿真结果表明,该限流器有很好的限流和重合闸能力,能显著减少暂态及稳态的故障电流,有效提高系统动态稳定性和电网电能质量.     

由等离子体引出强流离子束的光学数值模拟

本文叙述了中性束注入器中的强流离子源引出系统离子束光学性质的数值模拟方法,并给出了典型计算结果。计算结果表明:用这种方法能反映强流离子源引出系统最本质的束光学性质,可供选取和研究强流离子束光学系统之用。