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CRAFT高温超导磁体课题组在高温超导CICC型磁体方面取得重要进展

文章来源:文/金环 秦经刚 发布时间:2020-04-07

近日,CRAFT高温超导磁体课题组在高温超导CICC型磁体方面取得重要进展:研制完成了基于高温超导材料ReBCO的第一个内插磁体,口径100mm,以19T@200mm水冷磁体为背场,磁体最高场强达到19.4T,经过20次电磁循环与10次冷热循环后,性能无衰退,为项目后续的顺利实施奠定了基础。

中国聚变工程实验堆CFETR中心螺管线圈最高场将达到17T以上,低温超导材料NbTiNb3Sn无法满足要求。高温超导材料ReBCO由于具有高的临界载流性能和良好的机械性能,是应用于磁场强度在15T以上的大型高场、大电流磁体的优异候选材料之一。CRAFT工程为了实现高温高场磁体在未来聚变堆的应用,成立了高温超导磁体一级课题,主要针对高温超导磁体的关键科学和技术问题,开展材料特性、磁体结构设计与分析、磁体制备与实验等研究,是目前国际前沿领域之一。

ReBCO作为第二代涂层导体,虽然具有明显的高场应用优势,但是它具有各向异性,并且临界性能衰退与电磁负载作用密切相关,这给高场应用带来了一定困难。针对这些问题,高温超导磁体研究团队开展了基于国产超导材料的电磁输运特性、电缆结构设计、工艺实验等研究工作,初步研究了材料特性、结构参数、制备工艺与磁体性能的相关性规律。基于研究结果,完成了首个内插磁体结构设计,并通过假线圈实验,确定了超导线圈制备工艺路线。

2020年3月,高温超导磁体研究团队完成了磁体制备,327日完成了4.2K下的低温高场实验。该内插磁体是国内首个基于ReBCO高温超导材料、国际上第二个最高场强超过19T的类CICC型超导磁体。本项研究工作初步验证了ReBCO高温超导带材应用于未来大型高场磁体的可行性,为未来聚变堆中心螺管等高场磁体的设计优化与制造提供了有益的参考。

图1  磁体研制流程

图2  不同磁场下的实验V-I曲线

图3  不同背场下内插磁体性能比对

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