地磁环境下基于SQUID三轴磁强计的矢量稳场

超导量子干涉器件(Superconducting Quantum Interference Device, 简称 SQUID) 是一种高灵敏度的矢量磁探测器. 本文采用低温超导SQUID 作为传感器, 搭建了一套三轴矢量磁场稳定装置. 该系统由两个三轴 SQUID磁强计模块、 比例积分微分(PID) 控制器和反馈线圈组组成. 在该系统的矢量稳场下, 磁场波动峰峰值在有效带宽内可以降低四个数量级, 可达pT 量级, 稳场效果显著. 此技术可以满足大部分需要稳定磁场, 如高灵敏度磁传感器的标定等应用场合.     

超导磁体螺栓结合面低温振动特性研究

振动特性对于超导磁体的各类工程应用具有重要意义, 螺栓法兰盘连接是超导磁体系统的一种常见的支撑结构类型, 然而螺栓结合面在低温条件下振动特性的相关研究目前尚少见报道. 本研究中设计加工了简化的连接结构, 在室温和液氮温度对其螺栓结合面进行振动特性的测试分析. 接下来, 采用集中质量法进行建模, 并利用振型、 频率与质量矩阵、 刚度矩阵的关系求解了不同螺栓预紧力情况下的刚度矩阵, 得到了系统总刚度和结合面刚度. 使用上述方法对振动测量数据计算发现, 该结构的系统总刚度与结合面刚度都随着预紧力增大而增大, 同时液氮低温条件可使系统总刚度和结合面刚度进一步增大.     

超导同步调相机低温系统设计与试验研究

超导同步调相机是一种用于电力系统的新型动态无功补偿设备, 具有高效、 快速响应等优点. 本文描述了10 Mvar 高温超导同步调相机的总体结构, 励磁绕组采用 YBCO 高温超导带材绕制而成, 通过循环的20 K 冷氦气进行冷却. 低温系统主要包含3 台制冷机、1 台氦气泵、 冷头换热器及其他辅助设备, 通过旋转密封装置与电机转子部分进行连接. 本文重点介绍了低温系统的设计方法, 包括转子、 绝热力矩管和电流引线等关键部位漏热和氦气管路流阻的计算方法, 并通过多次降温试验进行实验验证. 通过对带负载试验结果分析得出: 存在最优的氦气压力和氦气泵转速运行参数, 使得电机转子部分获的最佳冷却效果. 通过与300 kvar 高温超导同步调相机的耦合测试发现, 所研制的低温系统可将转子系统冷却至22.4 K, 满足调相机应用中对低温环境的要求.     

梯形高温超导磁体电磁特性仿真与实验研究

超导电动悬浮列车以超导磁体作为核心部件, 具有环境影响小、 高速下自稳定、 安全性能好等优点, 已成为高速轨道交通的重要发展方向之一. 然而, 传统的磁体线圈结构存在绕组内磁场过于集中的问题, 导致磁体的临界电流下降显著, 列车的悬浮及安全性能也受到影响. 针对现有悬浮磁体结构自场集中导致的临界电流衰减问题,本文提出了一种梯形高温超导磁体线圈结构. 建立了一种可以提升磁体临界电流计算效率的均质自洽模型, 设计了梯形结构线圈的结构参数并完成了磁体线圈的绕制. 实验和计算结果表明, 自洽模型计算的磁体临界电流与实验测量值吻合良好, 验证了模型的准确性. 利用该模型对日本山梨试验线上的全尺寸车载高温超导磁体进行了结构优化设计. 研究发现, 优化后的车载磁体绕组内磁场集中程度明显下降, 车载磁体的临界电流及目标区域的磁场强度显著提高. 本研究相关成果可为电动悬浮列车车载磁体的结构设计提供参考.     

高温超导电流引线研究进展概述

超导装置中需要电流引线实现室温端外部电源与处于低温环境的超导磁体相连，采用高温超导电流引线可以有效降低端漏热，降低运行成本.在满足设计电流的基础上，尽可能降低电流引线的总漏热，提升其失冷时间与烧毁时间，是高温超导电流引线的优化目标.本文概述了高温超导电流引线的传热分析、结构设计、安全性评价以及国内外具体应用案例.     

温度和场冷间隙对高温超导磁悬浮系统弛豫的影响

悬浮力是高温超导磁悬浮列车运行中的一个至关重要的参数.悬浮力的弛豫特性是高温超导磁悬浮列车安全运行的一大阻碍.适度降低工作温度是有效改善悬浮力弛豫特性的有效手段之一.本文从数值计算和实验两个层面研究了不同冷却温度和不同场冷间隙下的悬浮力的弛豫现象.发现悬浮力的弛豫现象随着超导块冷却温度的降低而减弱，随着场冷间隙的增大而略微增大，但是随着冷却温度的降低，增大程度会有所减弱.该研究有助于通过合理设计高温超导材料工作温度，以提高磁悬浮系统性能表现.     

H 离子辐照对 NbN 薄膜的微观结构和超导性能影响

氮化铌(NbN) 低温超导薄膜是用于制作超导器件的典型材料. 基于 NbN 超导薄膜的超导纳米线单光子探测器(SNSPD) 在量子通信、 暗物质探测、 激光测距等领域都有着广泛应用. 本工作借助中国科学院兰州近代物理所320 kV 低能重离子综合研究平台采用300-keV H1 + 离子对7 nm 厚度的低温超导材料 NbN 超薄膜进行了离子辐照, 得到了辐照前后超导转变温度Tc 及超导能隙 Δ(0) 、 费米面附近电子态密度 N0 等其他材料参数的变化, 为借助离子辐照手段改善 NbN SNSPD 性能提供了实验参考.     

超导量子器件片上皮法电容的制备及测量

片上集成电容是超导量子芯片上的核心器件，其数值一般在百飞法(fF)至皮法(pF)范围.采用常规微纳加工技术在蓝宝石基片上制备了铌-氧化硅-铝(Nb/SiO₂/Al)平行板电容.利用刻蚀工艺制备了平行板电容器的下极板Nb,利用剥离工艺制备平行板电容器的上极板Al和介电层SiO₂.室温下利用锁相放大原理和桥式电路原理测定电容大小，两种方法测定电容值基本一致，表明锁相放大原理测试pF级电容的可靠性.利用该电容与铝基约瑟夫森结组成谐振器，制备了中心频率位于4.35 GHz的约瑟夫森参量放大器.在稀释制冷机中10 mK温度下测定直流偏置谐振器的磁通-频率相位图，拟合数据获得的电容值与室温测定电容值接近，表明在mK、GHz条件下工作的片上集成电容可在室温、kHz条件下测定其数值大小.