基于准各向同性股线的管内电缆导体的弯曲和扭绞力特性分析

高温超导管内电缆导体(CICC Cable-in-Conduit Conductor)在高磁场和大型磁体(如加速器和未来的聚变能装置)中具有广阔的应用前景,为使其能够承受大的洛伦兹力并在低温下能够工作,高温超导CICC需要有较高的机械稳定性和热稳定性。本文分析了基于准各向同性股线(Q-IS Quasi-Isotropic Strand)的CICC的力学性能,包括弯曲半径、扭转节距和临界电流之间的关系,采用模拟计算的方法得到了CICC在弯曲、扭转载荷及其复合载荷作用下的应力分布以及临界弯曲半径和临界扭矩,所得的临界弯曲半径和临界扭矩对大型磁体在高磁场和低温电流引线下的应用具有重要意义。     

基于ReBCO涂层导体各向同性超导股线自场下临界电流

本文提出一种基于第二代高温超导涂层导体(ReBCO CC)具有各向同性结构的高温超导股线.股线中的带材按照中心对称的方式进行排列,使用导热导电性能良好的金属材料对带材进行捆扎包覆,采用金属包套工艺提高股线的机械性能和电磁稳定性.为了研究各向同性高温超导股线(IHTSS),本文提出一种根据带材各向异性,通过有限元仿真,计算股线自场下临界电流的方法.制作了一根20cm长的IHTSS短样,在液氮温度下对其自场临界电流进行了测量,实验结果与计算结果基本一致,证明了计算的合理性.此外,实验和仿真表明,IHTSS在液氮温度下已具有较高的临界电流.     

准各向同性高温超导股线交流损耗的实验研究

高温超导体的交流损耗直接影响超导电力装置的运行成本和稳定性,是判断超导电力设备设计是否合理的重要特性之一.在阐述准各向同性高温超导股线结构特点的基础上,首先对准各向同性高温超导股线的交流损耗和磁滞损耗进行仿真研究,利用有限元软件Comsol Multiphysics分析了交流背景磁场下的损耗,然后在对光纤布拉格光栅(optical fiber Bragg grating,简称FBG)波长与损耗关系标定的基础上,使用光纤布拉格光栅测量交流背景磁场下的交流损耗.理论计算与实验结果相吻合,表明在工频和液氮温度下股线的交流损耗以磁滞损耗为主.     

高温超导带材的弯曲通流特性研究

高温超导带材的弯曲通流特性决定了超导线圈的临界电流大小。文中针对典型的铋系和钇系高温超导带材,设计了一套测量其弯曲通流能力的装置,研究了77K、自场下高温超导带材在不同弯曲直径下的临界电流,以及双面弯曲再拉直情况下临界电流的恢复特性,并对实验结果进行了分析。     

高温超导焊接堆叠缆的弯曲特性研究

由多根REBCO带材堆叠焊接而成的高温超导电缆是高载流电缆结构之一,有望在未来应用于高场磁体和超导装置。为了研究堆叠缆的弯曲特性,首先进行了不同半径下单根带材的弯曲测试,通过经验公式拟合得到了应变-电流关系曲线。超导层受压缩应变的弯曲性能优于受拉伸应变,且当应变大于临界应变时拟合良好。然后实验测量了不同弯曲半径下面对面和背靠背两种堆叠方式电缆的临界电流。计算了堆叠缆各超导层受到的应变,利用拟合方程分析了电缆的弯曲载流性能。结果表明,面对面堆叠缆的初始临界电流比背靠背堆叠缆更小,其临界弯曲半径也更小。缆弯曲载流的测试结果和计算结果吻合较好,利用应变-电流关系计算堆叠缆弯曲载流具有一定参考意义。     

准各向同性高电流密度导体弯曲特性研究

提出了一种准各向同性高工程电流密度高温超导导体的有限元模型,利用该有限元模型计算了导体在不同弯曲半径下的应变分布以及临界电流衰减程度,并对导体样品进行了弯曲实验.实验结果和仿真结果基本一致,基于该有限元模型进一步计算了导体的不同参数对弯曲半径的影响.该研究为准各向同性高工程电流密度高温超导导体在聚变磁体领域的应用提供了...     

准各向同性导体指数损耗分析北大核心

高温超导材料具有弱连接和低钉扎力的特性,当超导中通入交流时,导体内磁通线的运动需克服钉扎力,导致焦耳热损耗,即指数损耗,特别是通入的电流接近于临界电流时,该损耗不可忽略。运用数值仿真的方法分析了由第二代高温超导带材构成的准各向同性高温超导股线的指数损耗的特点。研究表明:指数损耗在股线中的分布与磁场的分布密切相关,即处于股线外侧的超导带材的指数损耗要远大于内侧的超导带材;股线总的指数损耗随着通入的电流的增大呈指数倍的增加。     

压痕对低温和高温超导股线临界性能影响研究

低温超导股线Nb Ti和Nb3Sn用于核聚变装置用的CICC导体结构,由于绞缆的作用及导体生产过程中的挤压作用,将会导致Nb Ti和Nb3Sn超导股线的表面产生不同形式的压痕,过大的压痕将会影响股线的临界性能;高温超导股线Bi-2212和Mg B2是未来可用于核聚变装置中制成CICC导体潜在的高温超导材料,由于高温超导材料的脆性,在电缆制备及导体制造过程中也会导致股线的表面产生压痕影响股线的性能。文中主要开展对于低温超导股线Nb Ti,Nb3Sn及高温超导股线Bi-2212和Mg B2的临界性能随压痕深度的变化规律,从而为导体制造的改进及未来高温超导导体的制造提供理论依据。     

Bi-2212高温超导股线受压临界电流测试与分析

运用Ansys软件建立Bi-2212超导股线简化二维截面模型,采用有限元方法研究平面压缩对热处理后的Bi-2212超导股线在不同的压缩条件下的应力与应变分布。通过分析得出:平板压缩使Bi-2212超导股线中超导区域中间位置的应力应变比靠近外层位置的应力应变要大;并根据分析得出股线在径向受压形变量0.04mm,0.10mm,0.15mm条件下股线超导区域平均应变的大小。通过低温实验测试了Bi-2212超导股线短样样品在4.2K和不同平行磁场强度下的临界电流,并且分析了在室温受压缩0.04mm,0.10mm,0.15mm条件下股线临界电流性能的变化,根据测试结果得出当Bi-2212股线受压缩应变时,股线的临界电流具有明显的下降。     

用于ITER的NbTi超导股线临界电流测试方法

介绍了一种用于ITER的NbTi超导股线在不同温度下临界电流测试的方法和装置。该装置包括一孔径为70mm、最高磁场高达16T的背景磁体以及变温杜瓦等系统。对NbTi超导线变温测试设计了二元电流引线。用该系统得到了其NbTi超导股线在不同磁场不同温度下的临界电流,用“Luca”定标律拟合了测试结果,并对测试结果进行了分析。     

挤压工艺制备19芯MgB_2超导线材及其性能研究

本文采用挤压工艺研制19芯结构的多芯MgB_2/Nb/Cu超导线材,通过单道次挤压工艺将多芯复合包套从Φ64mm挤压到Φ20mm。挤压后的复合线通过冷拉拔最终加工到Φ1.4mm,并在670℃,保温2h进行烧结热处理,成功地制备出百米量级长度的MgB_2超导线材。采用该工艺所制备MgB_2超导线材具有良好的晶粒连接性和芯丝结合强度;显微分析表明该多芯复合线材横截面及超导芯丝分布较为均匀;在20和35K,自场下测试了所研制线材的传输性能,其超导临界电流密度J_c分别为1.05×10~5和6.7×10~4A/cm~2。     

基带材料对单层高温超导电缆模型交流损耗的影响

高温超导(HTS)带材的基带可以改变带材的磁场分布,从而影响到带材的交流损耗。从实验和数值分析两个角度计算了不同高温超导带材的自场损耗,并分析了不同基带对带材自场损耗的影响。利用不同高温超导带材制作了多个单层高温超导电缆模型,并从磁性基带的角度分析了各模型的交流损耗特性。结果显示非磁性基带不影响带材的交流损耗。对于超导电缆模型而言,当磁性基带位于模型外侧时,模型外部空间不存在损耗磁通。此外BSCCO模型和YBCO模型的交流损耗特性相似,NY模型和YN模型的损耗相比前两个模型偏大。尤其在低电流区域,YN模型的交流损耗最大。     

二代高温超导带材动态电阻各向异性研究

研究了交变磁场对高温超导带材动态电阻的影响.在77 K温度下对高温超导带材动态电阻的各向异性进行了系统性研究,并采用有限元方法建立仿真模型对其进行仿真.结果 表明,动态电阻与交变磁场角度和幅值呈正相关.所研究结果对高温超导电力装置降低损耗、提高运行效率具有重要实用价值.     

Surface characteristics of SiO2-TiO2 strip fabricated by laser direct writing

SiO2-TiO2 sol-gel films axe deposited on SiO2/Si by dip-coating technique.The SiO2-TiO2 strips are fabricated by laser direct writing using an ytterbium fiber laser and followed by chemical etching.Surface structures,morphologies and roughness of the films and strips are characterized.The experimental results demonstrate that the SiO2-TiO2 sol-gel film is loose in structure and a shrinkage concave groove forms if the film is irradiated by laser beam.The surface roughness of both non-irradiated and laser irradiated areas increases with the chemical etching time.But the roughness of laser irradiated area increases more than thalt of non-irradiated area under the same etching time.After being etched for 28 s,the surface roughness value of the laser irradiated area increases from 0.3 nm to 3.1 nm.     

Vertical-cavity surface-emitting laser fabricated by two implantations using tungsten wires as mask

The design and fabrication of a room-temperature continuous wave (cw) vertical-cavity surface-emitting laser is reported. The device was fabricated by two deep H⁺ implantations using parallel tungsten wires as the resist mask. The direction of the mask in the first implantation is perpendicular to that in the second. The fabrication process is the simplest ever reported for vertical-cavity surface-emitting laser fabrication. A lowest threshold current of 17 mA and a maximum light output power of 4 mW were obtained.     

Sintering characteristics of LiZn ferrites fabricated by a sol-gel process

Ultra-fine powders of LiZn ferrites with composition of Li_0.4Zn_0.2Fe_2.4O₄ were synthesized by a sol-gel process. X-ray diffraction pattern reflected that the synthesized powders were single spinel structure, with crystallite size of about 35 nm. Then the powders were granulated, pressed and sintered at different temperatures. The sintered samples were investigated by means of characterizing microstructures and magnetic properties by scanning electron microscope and B-H analyzer, respectively. The results indicate that when compared with a traditional ceramic process, the sol-gel process could slightly bring down the sintering temperature of LiZn ferrite whereas the microstructures are not homogeneous in the sintered samples. The sintering mechanisms of LiZn ferrites sintered at 1360 °C were studied, which reveal that during sintering, solid mass transfer is dominant in the LiZn ferrites fabricated by a traditional ceramic process while in the gel-derived ferrites, gas mass transfer is dominant.     

依靠传导冷却装置测试MgB_2电线的交流损耗特性

该实验使用传导冷却装置研究了以铁和铜作为隔离材料的MgB_2的交流损耗特性。通过传导冷却装置将MgB_2电线的工作环境冷却到4K,并采用交流脉冲技术测量并评估了它们在几百毫秒范围内的交流损耗特性。测试结果表明Fe/MgB_2的交流损耗主要产生在铁制隔离材料周围。它的交流损耗是Cu/MgB_2的十倍。在实验中通过使用传导冷却装置记录了交流损耗的测试结果,并且就交流损耗对频率,温度的依赖性也进行了实验,最后对结果进行讨论,并且对该技术进行评估。     

窄丝化工艺对第二代高温超导带材临界电流特性的影响

超导带材应用于超导电力设备时,其临界电流特性受外界交变磁场大小和方向的影响,展现出明显的各向异性.为了减小外场对超导带材的影响,本文通过窄丝化工艺将4 mm宽的高温超导带材分切成2 mm宽的高温超导细丝.本文通过冷热循环疲劳测试实验和带材显微观察两个角度相互验证,对2 mm超导细丝临界电流性能做了具体评估.创新性地提出"在窄丝化工艺中引入电镀铜工艺作为过渡来改善超导细丝临界电流特性",通过实验以及显微观察证实"电镀铜工艺能够在超导细丝表面生成铜保护层,有效降低超导细丝临界电流的衰减".本文也为后续超导细丝在复合结构的应用中提供了重要参考.     

Polarization competition in a quasi-isotropic CO(2) laser

We experimentally study the polarization dynamics of a single-mode CO(2) laser during the switch-on transient of the laser intensity. We find a strong competition between two linearly polarized fields, which finally collapse into a single field. As a result of this competition, the two coexisting fields oscillate out of phase by pi rad for time intervals much longer than that of the relaxation oscillation. One can control the oscillation frequency of the two polarized fields by varying the intracavity anisotropies. This phenomenon is interpreted in the framework of Maxwell-Bloch equations by addition of nonlinear terms to the polarization equations that allow the fields to compete while they interact with the same population inversion.     

高频CO2激光脉冲写入的长周期光纤光栅传感器的特性研究

报道了一种用高频CO2 激光脉冲写入的新型长周期光纤光栅 (LPFG) .发现该LPFG具有独特的应变、温度、弯曲、扭曲和横向负载特性 .分析表明这些特性与单侧CO2 激光加热导致光栅横截面折射率分布不均匀有关 .基于这些独特的特性提出了几种新型的LPFG传感器 :1)能彻底解决弯曲与其他参量之间交叉敏感问题的弯曲不敏感的传感器 ;2 )不仅能绝对测量扭曲率而且能判断扭曲方向的扭曲传感器 ;3 )单个LPFG实现温度和横向负载同时测量的传感器 .这些新型的传感器具有方法简单易行、体积小、能埋入智能材料的优点 ,可实现对工程结构的实时监测 ,具有广泛的应用前景