《高場內插多場耦合特性及性能退化機理研究》是依託中國科學院電工研究所，由王秋良擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：高場內插多場耦合特性及性能退化機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王秋良
- 依託單位：中國科學院電工研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
研製高磁場(＞25T)超導磁體需要高場內插線圈。由於REBCO高溫超導線材在高場下優良電流傳輸特性及具有承受較高拉伸應力特徵，已成為目前超高場內插首選線材。最近實驗研究發現基於傳統的浸漬與製備工藝研製的高場內插，在高磁場下運行，其載流性能急劇退化，並出現反常鍛鍊效應。本項目重點研究REBCO高磁場內插磁體在超過25T中心場時的多物理場耦合特性及臨界電流退化的機理，基於REBCO帶材結構特徵、本徵穩定性、禁止電流和複雜結構應力-應變分布特徵，以多尺度均勻化理論，微觀觀測和低溫測試結合，揭示其多場耦合產生臨界參量退化本徵特性，辨明內插電流退化和不穩定性產生機理，探明不同結構應力與電磁結構參數的變化規律，形成高應力-應變內插設計準則，在此基礎提出設計理論與方法、製備工藝和穩定化及分散應力結構，以解決超高場超導磁體系統套用關鍵的科學與技術問題，為極端條件大科學設施研製提供理論與技術基礎。
結題摘要
針對＞25T極高場超導磁體的套用需求，本項目著重研究REBCO高磁場內插磁體在超過25T中心場時的多物理場耦合特性及臨界電流退化的機理，研究不同結構應力與電磁結構參數的變化規律，形成高應力-應變內插設計準則，在此基礎提出設計理論與方法和製備工藝，為極端條件大科學設施研製提供理論與技術基礎。本項目開展了完成了層狀結構REBCO帶材電磁問題和熱耦合的物理和數學模型以及內插感應電流變化規律，完成了電磁耦合和結構耦合程式；完成了內插磁體的穩定性分析方法與建模以及系統測量系統設計；完成測試樣品的選擇和設計、樣品支持和感測器的選取以及相關的低溫實驗；研究了複合導體臨界電流和電流分布的測試基準和測試方法和25T內插磁體的設計。建立了包括彈塑性數值模型研究應力/應變分析的數值模型以及內插熱機械與電機械均勻化層次結構模型，藉助於研製的測量REBCO帶材應力/應變和臨界電流密度的定標關係裝置開展了定標實驗。完成REBCO內插在極高磁場條件下電動和電機械特性的理論，建立相關的分析解和數值解技術。研究了在不同的工藝條件下建造的內插磁體的性能，設計並建造了含有背景超導磁體和測試樣品磁體的低溫杜瓦系統。對超導磁體中的電流分布、擴散規律等進行了分析計算，並針對不同冷卻條件下（傳導冷和低溫液體浸泡）散熱條件分別進行了分析計算，實驗測試結果與理論分析吻合較好。測試了不同背景場條件下採用不同繞線工藝的內插磁體的電氣特性，並與仿真結果進行了對比，獲得了超導磁體在高場情況下的精確電磁-熱-機械耦合計算模型。建立了塗層導體的光學觀測方法，完善了內插模型線圈建造技術，並套用我們建立的理論和發展的分析方法，成功獲得了27.2 T世界第二高的全超導磁體，實現了極高場內插磁體的理論分析和建造技術的突破。自本項目支持以來，先後實現了19.4 T、24T、25.7T和27.2T全超導磁體， 實現了我國20T以上極高場超導磁體零的突破並達到國際先進水平，本項目的實施為我國的極高場超導磁體的推廣套用奠定了堅實的基礎。
