Nb_(3)Sn超导磁体绝缘用HS/6玻璃纤维改性实验研究

为提高HS/6高强玻璃纤维复合材料的电绝缘性能以满足Nb_3Sn超导磁体的使用要求,对HS/6高强玻璃纤维进行除碳和表面改性处理。研究发现,经过500℃/4h的除碳工艺后,HS/6高强玻璃纤维表面的碳含量降低了约80%,随后采用质量比为8:100的棕榈酸溶液进行表面改性处理,改性处理后的HS/6高强玻璃纤维表面的碳含量较除碳纤维的提高了26.93%。改性处理后的HS/6高强玻璃纤维的力学性能比仅经过除碳处理的得到了显著提升,其中,拉伸强度提高约10%,层间剪切强度提高约40%,且耐压强度较好,能够满足Nb_(3)Sn超导磁体的使用需求。

聚变装置高温超导磁体系统电磁仿真方法研究

【目的】高温超导磁体系统的应用是未来托卡马克装置的重要技术路线,然而高温超导带材的磁场各向异性以及复杂的导体结构极大地增加了聚变装置高温超导磁体系统电磁设计阶段仿真模拟的复杂度,因此需要针对其电磁仿真以及简化方法开展相应研究。【方法】通过有限元仿真软件COMSOL建立高温超导磁体系统总体电磁仿真模型与各种简化模型,对其相关电磁性能进行了仿真分析与对比。【结果】等离子体区域中心磁场与最大波纹度的计算结果主要受纵场(toroidal field,TF)线圈产生的磁场控制,而TF线圈对中心螺线管(central solenoid,CS)线圈上的磁场分布影响很小。当结合导体的详细结构并考虑高温超导带材的磁场各向异性时,垂直磁场的计算结果与总体模型相比具有较大差异。【结论】在等离子体区域内的相关电磁参数的计算上可以仅考虑TF线圈,而在分析CS线圈上磁场时可忽略TF线圈。此外,通过结合导体结构的平均电流分布,可以有效降低高温超导带材垂直磁场的仿真计算误差。

托卡马克超导磁体失超电压探测技术

[目的]全超导托卡马克是稳态运行的基础,而及时、可靠的失超探测是保证超导磁体运行安全的关键所在,享有聚变装置安全的最高等级。[方法]文章综述了聚变磁体失超电压探测的方法原理和实现途径,简要概括了失超探测的研究进展和主要托卡马克装置所采用的失超探测方案,介绍了失超电压探测的基本原理和过程。并以全超导托卡马克实验装置(EAST)为例,分析失超电压探测的干扰来源及耦合机制,提出两级解耦补偿方案,并建立初级补偿优化分析模型和等离子体耦合干扰动态补偿机制。[结果]实测结果表明,该补偿方案能够实现99.9%以上的噪声抑制比,有效改善失超探测的信噪比和可靠性。[结论]建立的初级补偿优化分析模型和等离子体耦合干扰动态补偿机制可拓展至其他托卡马克装置,从而为未来聚变堆的失超探测设计和磁体安全运行提供必要积累。

毫米波回旋管超导磁体系统及其实验

该文介绍了从俄罗斯引进的毫米波回旋管超导磁体系统的技术性能、特点及其实验概况。并介绍了国内配制的超导磁体电源的特点。

制冷机传导冷却的超导磁体冷却系统研究进展

回顾并总结了低温制冷机传导冷却的超导磁体系统的发展历程和最新研究进展.与传统的液氦浸泡冷却方式不同,低温制冷机传导冷却系统主要依靠低温下固体之间的热传导对超导磁体线圈进行冷却.基于小型低温制冷机的研究进展,集中讨论超导磁体中的制冷机传导冷却系统;结合传导冷却的超导磁体应用,讨论传导冷却中低温制冷机性能、低温恒温器传热以及加速冷却等技术要点,对低温制冷机传导冷却磁体系统的发展进行了展望.

TOKAMAK超导磁体用VPI浸渍树脂应用性能研究

本文测试了一种低温超导磁体绝缘胶在常温下的性能 ,研究了该低温胶进行 VPI工艺的可行性 ,为低温超导磁体的 VPI工艺提供参数和依据。

传导冷却型低温超导磁体系统的设计与实验

采用4.2 K级小型低温制冷机作为冷源,可以将低温超导磁体冷却至5 K以下,使得超导磁体处在临界温度以下,从而实现无电阻运行。采用传导冷却的形式冷却超导磁体,具有系统结构简单等优点。讲述了一套采用单台1.5 W@4.2 K的制冷机作为冷源的低温超导磁体系统,其中超导磁体由三组线圈对组成,使用Nb Ti线绕制。系统自常温开机运行,约60 h后,超导磁体降温至4K,进入超导状态,可进行加电实验。当电流加载至70 A后,中心磁场强度达到4.26 T,达到设计要求。

高场超导磁体研究进展及其应用

高磁场对科学技术的发展具有极其重要的作用,它孕育着许多重大的科学发现和新技术的产生。超高磁场的产生和应用研究对极端条件科学设施、生物医学工程、国防特种装备、高精度的科学仪器以及农业应用都具有重要的意义。目前世界上许多研究机构和实验室开展了基于高温超导带材绕制高场直流超导磁体的项目。本文以高场超导磁体领域几个主要的研究机构为对象,主要介绍其在全超导高场磁体方面进行的研究工作,包括设计方案、技术特点和最新的研究进展,并对高场超导磁体的主要应用进行简要介绍。

超导磁体脉冲冲击下MOV的破坏特性微观分析

为了将氧化锌电阻阀片(MOV)用于超导磁体的保护,研究了MOV在高温超导磁体产生的脉冲下的冲击破坏过程中的电气特性变化;还通过破坏后MOV的金相分析、SEM微观分析以及成分分析,研究了MOV破坏前后的微观特性的变化;最后讨论了MOV在超导磁体脉冲破坏下的机理,并针对MOV用于在超导磁体保护提出了改进建议,认为保护用阀片应该采取低压大通流氧化锌压敏陶瓷材料,且应该在配方确定的基础上,探索先进的工艺技术改善阀片的性能。

YBCO高温超导磁体线圈的设计与优化

基于YBCO涂层导体的临界电流特性,采用有限元数值计算法设计了一个螺管型结构的混合带材高温超导磁体线圈。根据磁场分布、并考虑到带材的临界电流随磁场大小和方向的变化关系,给出了影响磁体工作电流特性的磁场分量在线圈中的位置分布。为了进一步提高磁体的工作电流和储能量大小,在考虑到磁场分量最不利点位置分布的情况下,对涂层导体磁体的结构和形状进行了优化,其结果对涂层导体超导电力装置的设计和构造具有一定的指导意义。

3T动物磁共振成像传导冷却超导磁体研究

磁共振成像(MRI)是目前最先进的医学影像技术之一。动物磁共振成像以动物为研究对象,广泛用于生命科学研究、医学研究及药物机理研究。为了发展小型化、低成本的动物磁共振成像系统,该文采用传导冷却技术研制了一台3 T动物磁共振成像超导磁体。采用线性规划和非线性规划相结合的方法设计了一种主动屏蔽型磁体结构,其包含同轴排列的6个主线圈和2个屏蔽线圈。研究一种包含了分段和失超传播加速策略的被动失超保护方法保护超导磁体免于意外失超造成的损害。低温系统使用一台双极G-M制冷机直接将超导磁体从室温冷却到工作温度,无需液氦。超导磁体在直径φ180 mm的球形区域(DSV)产生高均匀度磁场用于成像。实验结果显示,超导磁体经历5次失超后被励磁到3.001 3 T,经测量φ180 mm的DSV磁场峰-峰值不均匀度(H_(p2p))约为1.33×10^(-2)%。该文详细介绍了超导磁体的电磁设计、应力分析、失超保护设计,低温设计、建造及测试结果。

冷却高温超导磁体的大冷量单级G-M制冷机

随着高温超导磁体在电工技术方面日益广泛的应用 ,如高温超导限流器、高温超导变压器、高温超导储能系统等 ,对工作在 30K～ 4 0K、并可提供 50W～ 1 0 0W制冷量的低温制冷机提出了需求。常规的单、双级G M制冷机产品不能满足高温超导磁体的冷却要求。本文初步得到了提高单级G M制冷机性能、增大4 0K温度以下制冷量的方法 ,并在一台常规单级G M制冷机上验证 ,获得了 30W/4 0K制冷量的好结果 ,指明了研制这种大冷量G M制冷机的方向 ,为成功研制冷却高温超导磁体的大冷量单级G M制冷机走出了第一步。

利用超导磁体模拟失重环境

介绍了利用超导磁体产生的强磁场获得的失重环境及在此基础上的一些相关科学研究。超导磁体产生的大梯度强磁场可在地面长时间的模拟失重环境,为在地面进行空间科学研究提供了一个可选择的途径。实践证明,利用超导磁体产生强磁场模拟失重环境是一种值得重视的新技术。

制冷机直接冷却的超导磁体系统

研制了制冷机直接冷却的５ Ｔ， Ｎｂ Ｔｉ超导磁体系统。使用国产４ Ｋ级制冷量有０５ Ｗ 的 Ｇ Ｍ 制冷机， 国产 Ｂｉ２２２３ 高温超导体电流引线和国产 Ｎｂ Ｔｉ超导线。针对传导冷却超导磁体系统的特性， 在磁体结构、环氧浸渍、电流引线与制冷机联结结构等做了特殊设计。为了尽量缩短整个系统的冷却时间和解决制冷机的一级制冷量不足， 使用了液氮冷却的辐射屏和用液氮预冷磁体的方案。

磁共振成像低温超导磁体冷却系统设计及数值分析

为了减小冷却磁共振成像(MRI)低温超导磁体的资源消耗和经济成本,设计可快速冷却室温磁体至60 K以下的系统,并通过建立数学物理模型进行数值模拟,对系统进行优化设计和深入分析.系统以自主研发的大冷量单级斯特林制冷机为冷源,包括低温风机、低温调控阀和氦气罐等组成部分.研究表明,优化系统运行参数可以显著提高冷却性能,其中系统内氦气的压力和流速尤为关键,因为两者能够显著影响压降与换热,进而影响冷却时间以及磁体最终所能达到的冷却温度.此外,当前斯特林制冷机的冷端换热器性能尚有提升空间.通过参数优化,系统在氦气压力为0.3 MPa、流速为13 m/s时能够达到较快的冷却速率,可在73.5 h内将质量为2 t的室温超导磁体冷却至60 K以下,有潜力在实际应用中实现MRI低温超导磁体的低能耗高效冷却.

蓄电池-超导磁体储能系统平抑间歇性电源出力波动的研究

分析了使用蓄电池-超导磁体混合储能系统平抑间歇性电源出力波动的基本原理,给出了电源并网装置和混合储能装置的拓扑结构以及二者间的接口电路。设计并实现了基于中央控制单元和本地控制单元双层控制结构的储能控制系统,中央控制单元使用滑动平均滤波器分离功率指令中的低频成分再指派给蓄电池承担,并将剩余快速变化分量分配给超导磁体承担;本地控制器使用PI控制规律控制蓄电池和超导磁体分别跟踪功率指令和电压指令。PSCAD/EMTDC仿真结果验证了所设计系统与控制方法的有效性。

高温超导磁体临界电流的磁矢量分析法及其验证

临界电流是高温超导磁体的关键参数,文中提出了一种名为"磁矢量分析法"的高温超导临界电流计算方法。这种方法以高温超导带材性能测试结果为依据,以有限元仿真软件为手段,通过对计算高温超导磁体内部电磁感应强度矢量的分布,采用插值运算来确定高温超导磁体的临界电流。通过在77K温度下进行1:1的磁体实验,磁矢量分析法的可行性得到了验证。

G-M制冷机冷却的超导磁体研制及性能试验

针对超导磁体液氦易挥发、需要不断补充的问题,为研制的超导磁体加装了G-M制冷机.为了使磁体漏热量与制冷机的两级制冷量相匹配,对系统液氦和液氮温区的传导漏热、辐射漏热和对流漏热3种热载荷进行了计算,对制冷机单独进行了制冷量和最低温度的测试,结果表明磁体漏热量与制冷机制冷量相匹配.制冷机与磁体杜瓦装配后用制冷机冷却磁体,5 d时间将磁体温度冷却到4.2K.向磁体输入液氦并励磁,3 d时间内超导液面计数值下降不明显,表明磁体可实现自供液氦和零蒸发,装置在无补液情况下可长期运行.

制冷机冷却型超导磁体杜瓦的研制

介绍了带制冷机冷却的超导磁体系统杜瓦的设计、制作及实验结果分析。杜瓦采用 4 0 K、10 K双制冷屏结构 ,其室温磁场孔径为 75 mm,长 4 15 m m。试验结果为 :液氦蒸发率为 0 .6 9升 /天 (在 2 0天连续试验期内 ) ,优于合同规定的指标 (2 .4升 /天 )。双制冷屏由一台双级 G- M制冷机冷却 ,工作时一级冷屏温度为 35 K,二级冷屏温度为 7.0 K。磁体系统的磁场强度为 3T。

超导磁体系统产生的磁场作用下的微重力环境

超导磁体系统产生的磁场力可抑制晶体生长过程中的自然对流,从而提高晶体结晶质量。通过理论分析,得到了实现微重力环境所要求的磁场强度分布。针对特定结构的超导磁体系统,数值模拟得到了不同晶体结晶过程中自然对流完全抑止所需要的线圈电流密度,以及工作空间内的磁场强度和磁加速度。以圆筒内水的自然对流为例,分别得到了重力作用下的流场和温度场,以及超导磁体系统微重力区内的流场和温度场。结果表明:通过特定的超导磁体结构和不同电流密度,可实现不同晶体结晶过程的微重力环境,达到抑止自然对流的目的。