高温超导Bi2212 CICC交流损耗特性与实验装置研究

发布时间：2020-04-27 20:19

【摘要】：能源是人类社会发展中的重要资源,今日人类消耗的能源中化石能源的比例超过80%,但是化石能源如煤、石油、天然气等并不是理想的能源。使用过程中产生温室效应、大气污染,而且储量有限,不利于人类社会可持续发展。核聚变发电技术清洁、可靠,而且原料储量巨大,核聚变发电代表了人类社会未来能源发展的方向。聚变发电技术的美好前景吸引着世界各国纷纷投入实验研究。经过多年理论设计与实验验证,托卡马克未来将发展成可靠的聚变反应装置,为人类提供无限能源。在聚变发电实验研究的热潮中诞生了国际热核聚变实验反应堆(ITER),这是一项大型国际科技合作项目,中国是这个国际合作项目中的重要参与方。与此同时国内也建起了全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST),这两个大科学装置与科研项目将中国带入了国际聚变科学研究的前沿。未来中国还将继续建设中国聚变工程实验堆(CFETR),验证聚变发电工程的各项技术,为将来的示范反应堆铺平道路。在聚变反应实验装置中,等离子体温度高达上亿度没有任何材料能与之接触,所以必须用磁场将等离子体悬浮、约束起来。因此超导磁体是一项关键技术,它不仅支撑核聚变反应的稳定运行而且与聚变反应的功率密切相关。比起常规磁体来超导磁体能产生更强的磁场、稳定运行时间更长、能耗更低。因此,聚变实验装置使用由铠装电缆导体(CICC)绕制的超导磁体是未来的发展方向,CICC制造技术是聚变实验中的一项关键技术。在直流电流或者稳定的外界磁场环境下,由复合超导材料制造而成的CICC导体可以无损耗地运行,但是实际的工作环境中CICC常常要经历电流、磁场的变化,甚至是等离子体破裂导致的磁场剧烈变化。在这样复杂的电磁环境下,CICC内部的超导体中钉扎的量子化磁通线会移动产生磁滞损耗,CICC中相互接触的股线、子缆间会产生各种电流回路从而产生耦合损耗,甚至在CICC外层的铠甲中也会因为磁场变化而产生涡流从而产生涡流损耗。这三种损耗都会导致电磁场能量耗散为热能,从而使CICC的温度升高,增加制冷系统的负担,影响磁体系统运行的稳定性。因此,在设计或生产新的超导导体、超导接头时一定要测试导体的交流损耗性能。测试获得的导体交流损耗密度数据能用于指导导体结构设计改进、制冷系统设计、磁体设计等。本文介绍了一种新型的交流损耗测试装置,可以用于测试超导导体、超导接头等超导样品的交流损耗性能。该测试装置主要分为三个子系统:(1)低温杜瓦系统;(2)磁体系统;(3)量热法测试系统;(4)pick-up测试系统。利用Twente大学的同类型装置测试了一个小尺寸Bi-2212导体的交流损耗,并结合测试结果分析了样品的交流损耗性能。该装置的研制填补了国内研究的空白,为未来我国的超导材料及聚变能源的发展创造了有利条件。
【图文】：

ＩＣＣ）概念的起源却来自ＩＣＣ导体，可以追溯到Ｈｏｅｎｉｇ、Ｉｗａｓａ以及逡逑ｔｇｏｍｅｒｙ：邋１９７５年这些研究人员在西屋实验室设计一个大线圈项目的磁体，逡逑注意到如果液氦以湍流循环，并直接和加热面接触，比如超导股线，则可以逡逑却效率提高到保证磁体稳定运行的水平［３］。逡逑从那时开始，许多不同的ＣＩＣＣ布局被设计出来，大量工作围绕ＣＩＣＣ内液逡逑热工水力理论和实验研究展开，致力于优化ＣＩＣＣ的冷却与运行状态，增进逡逑ＩＣＣ的理解在此基础上调整影响大尺寸超导系统稳定性的主要参数。特别地，逡逑聚变领域，超导磁体内部有几个热源需要耗费较大的冷却能力并且需要保持逡逑的温度裕度，大部分设计方案都基于ＣＩＣＣ，包含一定数量的超导线与铜线逡逑在一起，插在结构稳定的材料中，具有不同的空隙率（ＶＦ），强迫超临界氦逡逑－Ｈｅ）循环流动［４］。逡逑ＣＩＣＣ的特点在于超导体和冷却氦之间大的热传导系数与大的浸润面，并且逡逑低温栗的功率可能是个问题，长导体中尤其如此，尽管有限的液氦量限制了逡逑换热量，相对于液氦浴冷却磁体，，超临界氦的冷却被证明可以提供更大的稳逡逑度。逡逑

导体,超导体,金属材料

温研究的中心。在这里，Ｏｎｎｅｓ改进了邋Ｊａｍｅｓ邋Ｄｅｗａｒ发明制备了液氢和液氦。逡逑超的低温物理实验技术作为工具，Ｏｎｎｅｓ开始验证低温下金由于金属材料内部的杂质或缺陷会严重地影响材料的电阻，度极高的金属材料。汞是一种沸点很低的金属，它可以通过，并且可以和电极凝固在一起而大大减小接触电阻，所以被年荷兰莱顿实验室的两个实验员做实验时发现在４．２邋Ｋ以实突然降到了零。Ｏｒｍｅｓ将该现象命名为“超导”。在后续他很多金属也存在超导现象。逡逑个世纪的艰辛发展，在１９８７年之后超导材料的探索进入了１９８７年１２月，在Ｂｉ－Ｓｒ－Ｃａ－Ｃｕ－０中发现了邋１１０Ｋ的超导现系超导体属于铜氧化物超导体，它由一些列钙钛矿型单元它们主要有三类：Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃｕ０６（简称２２０１，最高Ｔｃ＝２０８（简称邋２２１２，最高邋Ｔｃ＝９５Ｋ）、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３０８（简称邋２２２它们的主要区别在于Ｃｕ－０层数目的不同，如图１．２所示。逡逑
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TL631.24

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