6kA高温超导电流引线研制

6 k A电流引线的运行电流为6 k A,最大电流为8 k A,其换热器段采用液氮冷却设计,运行温区为77 K—室温,高温超导段为传导冷却,运行温区为5—77 K。介绍6 k A电流引线的结构设计、性能分析,以及相关低温实验。实验结果表明,6 k A电流引线的零电流下液氮需求低于0.46 g/s,5 K冷端漏热小于2.5 W,过流能力8 k A。

ITER 10kA高温超导电流引线测试装置低温系统的研究

为ITER CC 10 kA高温超导电流引线服务的低温性能测试装置已研制完成,并成功运行。其低温系统主要由500W/4.5 K氦制冷机,真空杜瓦,低温组件(低温阀门,过冷槽,管道加热器,热防护层),汽化器及低温传输管线等部分组成。本文对真空杜瓦和过冷槽进行设计,并讨论该低温系统的冷却流程方案,最后通过电流引线10 kA稳态实验结果对低温系统的运行效果进行分析,结果表明该低温系统运行稳定,能满足ITER CC电流引线的测试需要。

液氮传导冷却型高温超导电流引线研制

80 A和200 A液氮传导冷却型高温超导（HTS）电流引线由铜引线段、中间过渡段和高温超导段组成,HTS热端采用液氮传导冷却,HTS冷端采用液氦传导冷却。铜引线段工作在室温到中间温度（~80 K）,高温超导段工作温区6—80 K。介绍该传导冷却型电流引线的结构设计和低温性能测试。实验结果表明,中间过渡段温度~78 K,高温超导热端温度77 K;80 A、200 A电流引线液氦下稳态测试电流分别为100 A和250 A。

直接冷却中高温超导电流引线的传热研究

降低高温超导电流引线向低温环境的漏热， 以及实现电流引线与制冷机冷头导热不导电的直接接触冷却， 是制冷机直接冷却超导系统走向应用的关键技术之一。本文提出了高温超导电流引线的基本结构， 并对进入制冷机一、二级冷头的漏热进行了理论推导和数值模拟计算。

ITER超导电流传输线导体等效模量的预测

ITER超导磁体系统的超导电流传输线导体是由NbTi/Cu管内电缆超导体、辅助绝缘层和接地金属屏蔽层组成的层状复合材料结构。分别采用基于传统的复合材料理论和基于均匀化理论与复合材料损伤理论相结合的方法对超导传输线导体的等效模量进行了理论预测。这些结果为分析和计算超导电流传输线的应力和变形以及热性能提供了必要的参数。

直接冷却高温超导电流引线的有限时间热力学分析

用有限时间热力学最小熵产率的方法对连续冷却电流引线进行优化 ,比较高温超导电流引线连续冷却和冷端冷却两种直接冷却方式。优化后的连续冷却电流引线上热流量随温度的降低而减小 ,温度在高温段变化较快 ,熵产率小。冷端冷却时在整个引线上热流量分布相同 ,温度在低温端变化较明显 ,熵产率较大。优化后的连续冷却方式比冷端冷却方式合理。

超导电流趋肤效应研究

根据超导电流密度、穿透深度和超导临界磁场的关系 ,研究了超导电子对质心定向运动速度 (远大于正常导体内的载流子定向运动速度 ) ;

ITER高温超导电流引线超导模件的研究

根据ITER电流引线的要求,设计和试验了分别由全铍铜(Be2%Cu)、全不锈钢(SS)和二元金属(BeCu/SS)三种不同类型分流器制作的68kA电流引线的1/90试件。研究了超导段各组件的性能,详细讨论了失冷故障实验结果。结果表明,对比全铍铜和全不锈钢分流器,二元分流器制作的超导模件更能够提高安全性以及减小冷端漏热,满足ITER高安全性和低热负荷的要求。

超导电流传输线导体等效弹性模量的预测

国际热核聚变实验堆（ITER）超导电流传输线导体的内部电缆体由超导股线和纯铜股线经多级绞缆后复合而成，相对柔软。在传统复合材料理论的基础上，对ITER超导电流传输线导体等效弹性模量进行理论预测：预测一，只考虑电缆体外的不锈钢导管、双绝缘和双屏蔽层；预测二．忽略柔性电缆体的影响，但考虑其内部氦管；预测三，假设电缆体呈各向同性，弹性模量取1～10GPa；预测四，利用均匀化理论分析电缆体的等效弹性模量，复合材料损伤理论分析超导电缆与中心氦管之间、电缆复合体和不锈钢导管之间界面情况。预测值与参考实验值进行比较证实，预测四较符合实际情况，电缆体对整个超导电流传输线导体等效弹性模量的影响较小。

宇宙弦中超导电流的磁效应

本文研究了宇宙弦中超导电流的磁效应以及度规函数和超导电流之间的关系。研究表明:超导宇宙弦外部时空相当于一种磁化率为μ(r)的磁介质;当光线经过超导宇宙弦时,产生偏折。同时,在弱场近似下,也讨论了超导宇宙弦的引力场度规和当光线经过宇宙弦时所产生的偏折角。

Bi(2223)/Ag带超导电流的特性

介绍了关于Bi(2223)/Ag带超导电流的特性,包括本征钉扎,Ic与Lorentz力大小的关系,Ic的磁滞。也就是说,Ic的大小不仅与磁场的历史有关,而且与样品在磁场中取向的历史也有关。提出了Ic磁滞的物理解释。评述了Bi(2223)/Ag带中导电的各种模型,包括砖墙模型、铁路道岔模型和自由流通模型。最后指出提高超导电流密度的可能途径。

超导电流密度研究

由 GL超导波函数及 GL第二方程导出了零场下超导电流密度矢量的数学表达式 ,讨论了相关物理意义 ;并由 London第二方程验证了其正确性。

超导电流的动量守恒与超导电子对隧道效应

讨论了稳恒电流的动量守恒现象,由此分析了直流约瑟夫森隧道效应。指出,描述约瑟夫森隧道效应的2个基本方程遵循稳恒电流动量守恒定律;约瑟夫森隧道结上的超导电子对质心定向运动速度比隧道结2侧超导体内的超导电子对质心定向运动速度大3个数量级:vS2～1 03 vS1;约瑟夫森隧道结上超导电子对的质心定向运动速度和动量很大的原因在于其运动遵循稳恒电流动量守恒定律;约瑟夫森隧道结上超导电子对质心定向运动速度可以达到费米速度的数量级、其定向运动动能可以达到费米能的数量级,从而使隧道结由超导态转变成正常态。

ITER高温超导电流引线测试杜瓦设计与分析

为了满足国际热核聚变反应堆计划(ITER)高温超导电流引线测试需要的低温及真空工作环境,根据杜瓦设计的各项技术指标要求,设计了ITER高温超导电流引线的测试杜瓦结构。通过对外筒体进行了结构强度校核分析,确定了外筒体的结构设计方案。对冷屏及其冷却管进行了设计、选型及压差计算,确定了冷屏设计方案。通过对冷屏绝热支撑结构设计及热负荷计算,确定了冷屏的各项热负荷情况。各项计算结果均满足要求,同时并对该ITER高温超导电流引线测试杜瓦成功进行了制造和测试。

高温超导电流引线电磁特性及交流损耗研究

在无限长堆叠带材模型的基础上对高温超导电流引线的交流损耗建立了新的计算模型,即正十二边形骨架计算模型。由于正十二边形对称性,通过建立合适的坐标系,对坐标进行旋转即可求出每堆带材处的磁场。使用matlab编程计算并得出一系列电流下的交流损耗值,通过将所得数据绘成图形,比较了不同电流下穿透深度及交流损耗的大小。然后搭建实验平台,测量了不同频率下电流引线的交流损耗,并将理论与实验对比,得到较好的一致性。

基于超导磁体的高温超导电流引线的传热优化

简述并分析了超导磁体系统中高温超导电流引线的冷却结构、国内外电流引线研究现状以及铜引线传热优化设计,其中,优化设计过程中高温超导电流引线承载电流为150 A,截流温度为70 K,铜引线高温端温度为290 K,通过最佳尺寸经验公式法与MATLAB优化工具分别对铜段电流引线进行传热优化设计,最后确定铜引线最小漏热为9.95 W,铜引线直径为6.4 mm,横截面积为32 mm^(2),长度为712 mm,并展望了高温超导电流引线的发展趋势。

绝缘缺陷对高温超导电流引线低温绝缘性能的影响

为揭示绝缘材料微观缺陷对高温超导电流引线低温绝缘性能的影响程度,以用于某大型超导磁体系统的16 kA高温超导电流引线为研究对象,阐述了其结构组成和绝缘材料的选择依据,基于有限元技术进行了10 kV直流电压条件下的电场强度分析,结果表明,绝缘结构突变部位和绝缘材料中的气隙引起严重的电场集中,从而导致高温超导电流引线在工作过程中的绝缘安全裕度大幅降低,因此,万安级高温超导电流引线的结构设计应避免尖端结构,同时在绝缘结构制作过程中尽可能降低绝缘材料的气隙率。

JAERI 60kA高温超导电流引线的温度分布解析

在聚变装置用大型超导磁体中使用高温超导电流引线能大大降低冷冻机的负荷。大型核聚变装置需要20对60kA的电流引线，而传统的60kA铜引线的耗电量达100kW。若使用高温超导线后耗电量可望降低2／3，这意味着在聚变装置运行过程中可以节约2．7MW的电能。日本原子力研究所(JAERI)已经设计研制了60kA的电流引线，经60kA载流实验表明该电流引线达到了4．8W的低热漏，耗电量仅为以前60kA电流引线的1／3。