铌三锡管内电缆导体交流损耗计算分析模型

为解决快变磁场中大电流和应变作用下,铌三锡(Nb3Sn)导体交流(Alternating Current,AC)损耗的模拟实验分析问题,本文进行了瞬变电磁场中宽应变区间的AC损耗计算技术探索,构建应变作用下的临界电流数学模型,把复杂变化场中基于应变的临界电流密度运用到磁滞损耗功率计算,对耦合损耗功率计算中的导体特征参数考虑应变效应,获得CICC导体AC损耗功率计算技术。在激发等离子体的快速励磁以及等离子体放电和破灭等情况下,由模拟对比分析发现应变作用算法的AC损耗功率更接近工程实际值;对比应变作用算法损耗功率和经典算法损耗功率的相对误差计算,其误差的变化小于15%。

铌三锡管内电缆导体分流温度和刚度分析研究

低温下,导体的分流温度和刚度是管内电缆导体(cable-in-conduit conductor,CICC)稳定运行的重要因素,为克服铌钛(NbTi)的不足,应对10 T以上的磁场冲击,国际热核聚变反应堆(international thermal-nuclear experimentalreactor,ITER)装置上环向磁场(toroidal field,TF)和中心螺管(central solenoid,CS)磁体系统中的导体已采用铌三锡(Nb3Sn)材料,但缺乏应变效应对分流温度和导体刚度影响的研究。为此,该文利用模拟应变效应的横向载荷周期,对TF和CS样品的分流温度和弹性模量进行测试,分析获得扭距、空隙率和子缆级数等综合作用使分流温度和刚度随模拟应变载荷周期退化的结果,同时由接触面和股线接触角决定的电缆刚度以及股线的侧向支撑强烈影响导体的变形程度。

1.3 GHz超导腔的电化学青铜法铌三锡镀膜技术

由于射频超导腔具有高品质因数Q0,大束流孔径等诸多优势,已被加速器行业广泛应用。目前纯铌腔的性能已经接近理论极限,使用Nb3Sn薄膜腔代替纯铌腔是突破这一限制的有效手段。铌三锡具有较高的超导转变温度和过热磁场,理论预期可以大幅度提高SRF腔体工作温度和加速梯度。目前,Nb3Sn薄膜制备技术蓬勃发展,其中锡蒸汽扩散法已经比较成熟,已制备出初步满足工程需求的铌基铌三锡薄膜射频超导腔。但是由于反应温度在1100℃以上,锡蒸汽扩散法无法摆脱纯铌基底,因此不可避免地在机械稳定性、导热性等方面有缺陷,难以满足未来高可靠性加速器的应用。青铜法广泛应用于铌三锡线缆的制备,热处理温度不高于700℃,具有制备铜基铌三锡镀膜腔的潜力。此外,电化学镀膜与其他方式相比,具有成本低、反应过程容易控制、常温常压等明显优势。本工作将上述两种工艺结合起来,研究了电化学方式在1.3 GHz铌基超导腔上镀青铜前驱体,之后热处理合成铌三锡薄膜腔。垂测结果表明,4.2 K下的薄膜腔本征Q0为6×108左右且仍具很大提升空间。

超导离子源铌三锡六极线圈镜像磁场约束结构的优化设计

中国科学院近代物理研究所正在进行国际首台45 GHz全铌三锡超导离子源FECR(Fourth Electron Cyclotron Resonance)磁体的研制,该离子源磁体线圈由六个铌三锡超导六极线圈和四个铌三锡超导螺线管线圈组成。由于单根超导线绕制异形六极线圈(非标准鞍型)技术难度大,且铌三锡超导性能对应力敏感,为了测试单个铌三锡六极线圈性能能否达到设计指标,基于铝合金壳层结构和Bladder-Key精确预紧技术,设计了镜像磁场约束结构。本工作主要阐述了运用ANSYS参数化设计编程对镜像磁场结构进行优化设计的过程和优化后的镜像磁场结构,确定了室温预应力大小,并给出了线圈经过室温预紧、冷却降温和加电励磁后的最大等效应力。进一步结合实际六极线圈制作公差(±0.1 mm),分析和评估了公差对镜像磁场结构中六极线圈预应力施加的影响。