中国聚变工程实验堆纵场超导磁体高性能Nb3Sn CICC导体稳定性分析

针对中国聚变工程实验堆(CFETR)高参数等离子体约束要求,其纵场(TF)混合磁体的设计方案为采用三种不同性能的超导导体绕制,峰值磁场可达14.43T,最大应力超过700MPa。该文结合CFETR纵场磁体面临的稳态以及瞬态热负荷条件,系统分析混合磁体中高性能Nb3Sn四饼线圈在不同扰动长度及扰动时间工况下的稳定性温度裕度和能量裕度,并对背景场强度及有效应变等因素对稳定性裕度的影响进行讨论。结果表明,高性能Nb3SnCICC导体在峰值磁场及-0.7%^-0.5%有效应变预计区间内拥有2.0K以上的温度裕度;但极端条件(B=14.43T,ε=-0.7%)下的电磁扰动(Lp=10m,tp=100ms)对应导体能量裕度仅有11.41mJ/cc,局部恶劣工况下导体能量裕度下降严重的问题亟待解决。针对高场区单饼线圈在典型扰动下行为的计算表明,典型机械扰动(Lp=0.1m,tp=1ms)引起的失超能够在5s内使导体热点温度升高至接近120K,这对磁体失超保护系统提出了较高的要求。