基于REBCO涂层导体环形片的超导磁体的热稳定性研究

摘要

超导磁体因其具有功耗小、体积小、重量轻以及稳定性高等优点，在科学研究、工业及医疗等领域得到了广泛的应用。低温超导体具有较高的n值，并且导体之间的焊接技术成熟，焊接电阻较小(＜10-12Ω)，所以低温超导磁体可以实现闭环运行。高温超导体也具有较高的n值，但焊接技术还不成熟，焊接电阻无法做到足够小，不能达到闭环运行的要求，所以目前的高温超导磁体无法实现闭环运行。另外超导磁体在运行时需要电流引线与外电源连接，增加了系统的漏热，降低了冷却效率以及磁场的稳定性。
　　在充分了解目前高温超导磁体存在的问题的基础上，本文提出了一种基于REBCO涂层导体环形片的超导磁体。该磁体由REBCO导体环形片和绝缘片交替叠加而成，采用磁通泵的方式励磁，不需要电流引线以及持续电源供能。环形导体片自身形成电流持续流动的无阻回路，可以实现高温超导磁体持续模式下的闭环运行。
　　介绍了REBCO涂层导体环形片超导磁体的结构以及磁通泵的原理和结构，设计并制作了用于励磁的脉冲电源。制作了模型磁体，采用外部励磁的方式对模型磁体进行了励磁实验，对该结构磁体持续模式下闭环运行的可行性进行实验验证，证明了该种结构磁体利用磁通泵的励磁方式能够实现持续模式下的闭环运行。
　　在实验验证基于REBCO涂层导体环形片的超导磁体持续模式下闭环运行可行性的基础上，设计了运行温度为65K，1.5T的实用的REBCO涂层导体环形片超导磁体，对励磁完成后的磁体的热稳定性进行了仿真研究，包括在绝热和非绝热状态下的最小失超能和失超传播速度。对磁体中REBCO涂层导体环形片的自感及互感进行了仿真计算，并通过电感的计算结果计算了导体环形片中的储能。通过分析导体环形片储能完全释放时磁体的温度分布，证明了该1.5T的REBCO涂层导体环形片超导磁体具有自保护的功能。

目录

声明

摘要

1．1 课题研究背景及意义

1．2 超导磁体国内外研究现状

1．2．1 第二代高温超导材料国内外发展现状

1．2．2 高场磁体研究现状及应用

1．2．3 闭环运行高温超导磁体研究现状

1．3 高温超导磁体的热稳定性

1．4 论文主要研究内容

第2章 REBCO涂层导体环形片磁体结构及励磁原理

2．1 REBCO涂层导体环形片结构

2．2 REBCO涂层导体环形片超导磁体结构

2．3 磁通泵原理及结构

2．4 脉冲电源设计及制作

2．4．1 脉冲电源设计

2．4．2 脉冲电源调试

2．5 本章小结

第3章 磁体闭环运行可行性实验研究

3．1 模型磁体的制作

3．2 模型磁体的励磁实验

3．2．1 实验平台搭建

3．2．2 实验结果及讨论

3．3 本章小结

第4章 1．5 T磁体的热稳定性分析研究

4．1 1．5 T REBCO涂层导体环形片超导磁体的设计

4．2 热稳定性仿真模型

4．2．1 仿真模型的建立

4．3．2 模型公式

4．3 仿真结果及讨论

4．3．1 最小失超能

4．2．2 失超传播速度

4．4 REBCO导体环形片电感的计算

4．5 磁体自保护特性分析

4．6 本章小结

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

附录

攻读硕士期间发表的论文及成果

致谢