万安级YBCO电流引线高温超导段设计及实验研究

摘要

低温超导电物理实验装置基本都需要电流引线跨越室温和磁体运行温度两个温区向超导磁体提供千安甚至万安级的电流。Bi系带材带间电阻低，高温超导段结构简单，是目前万安级二元电流引线的主要选择，但随银金价格不断上涨其价格也愈来愈昂贵。相比而言，Y系带材热导率小、受磁场影响较小，近年来成为高温超导应用的热门，由于Y系带材多采用镍基合金基带，带间电阻高，在二元电流引线领域多应用于百到千安级，很少有应用于万安级先例。本文将设计制作运用YBCO带材的万安级电流引线高温超导段，为YBCO带材能大规模应用万安级二元电流引线的可行性进行技术预研和实验验证。
　　本文基于Bi系二元电流引线研发基础，采用数值仿真分析与试验验证相结合的方法，优化设计低接头电阻的易于加工的万安级YBCO电流引线高温超导段组件结构;基于ANSYS Workbench15.0对YBCO高温超导段进行电磁学和热力学计算分析，最小化低温侧漏热并验证安全性;研究合适的加工与锡焊工艺，制作10kA YBCO带材高温超导段组件。
　　通过10kA YBCO内外层和整体高温超导段组件液氮浸泡下的Ic和接头电阻测试，检验制作10kA YBCO带材高温超导段组件的焊接工艺。搭建10kA电流引线低温性能测试平台，进行YBCO高温超导段的载流能力、接头电阻、LOFA和不烧毁时间测试，验证前期结构设计的合理性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 高温超导材料的发展

1．2 高温超导材料简介

1．2．1 铜电流引线

1．2．2 Bi-2223带材

1．2．3 YBCO带材

1．3 高温超导电流引线简介

1．4 国内外研究现状

1．5 选题来源和意义

1．6 本文主要研究内容

第2章 高温超导段设计理论基础

2．1 结构分析

2．2 接头电阻

2．3 热传递分析

2．3．1 导热分析

2．3．2 漏热优化分析

2．4 安全性分析

2．5 物性曲线

第3章 基于YBCO带的高温超导段结构优化设计

3．1 YBCO带材基本性能测试

3．1．1 临界电流测试

3．1．2 接头电阻测试

3．2 结构设计

3．3 结构优化分析

3．3．1 物性参数

3．3．2 漏热分析

3．3．3 安全性分析

第4章 高温超导段制作及低温测试实验

4．1．1 高温超导段及焊接模具加工

4．1．2 高温超导段组件的焊接

4．2 液氮温区低温测试

4．2．1 外层高温超导段测试

4．2．2 内层高温超导段测试

4．2．3 整体高温超导段测试

4．3 液氦温区低温测试

4．3．1 10kA高温超导段测试平台

4．3．2 10kA高温超导段测试

4．3．3 10kA高温超导段测试结论与分析

第5章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

附录

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果