《高場高性能Nb3Sn CICC超導導體交流損耗特性的機理研究》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由施毅擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高場高性能Nb3Sn CICC超導導體交流損耗特性的機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：施毅
- 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
隨著超導及強磁場技術在科學研究領域和國民經濟中的地位及作用越來越突出，Nb3Sn管內電纜超導導體（CICC）由於獨特的結構和性能上的優勢成為高場磁體首選導體，具有重要的研究價值。交流損耗作為Nb3Sn CICC導體特有的屬性，隨著Nb3Sn CICC導體性能的提高，成為超導磁體安全運行的巨大危害，是高性能Nb3Sn CICC導體研究的熱點之一。本項目主要針對Nb3Sn CICC導體獨特的交流特性及國際上在此領域的發展趨勢和研究不足，主要開展以下兩個項目研究：1. 不同磁場區間及應變條件下Nb3Sn導體磁化機理及磁滯損耗研究；2. 電磁負載及循環對Nb3Sn CICC導體耦合損耗機理研究。通過理論模擬擬合和實驗相結合的方法，對影響高性能Nb3Sn CICC導體安全運行的磁滯及耦合損耗機理的關鍵問題進行系統的分析研究，提高我國高場超導技術的整體研究水平。
結題摘要
交流損耗是Nb3Sn Cable-in-Conduit Conductors (CICCs)導體運行過程中主要的動態熱負荷，其機理的研究對超導磁體的安全運行具有重要意義，本項目針對磁滯和耦合兩種典型交流損耗問題進行了深入的研究。首先，利用振動樣品磁化法(Vibrating Sample Magnetometer)設計了一個標準螺旋樣品，開展了Nb3Sn線材磁化特性的測量，研究獲得不同磁場及溫度條件下磁滯損耗特性；通過不鏽鋼套管Nb3Sn樣品的設計開展縱向載荷實驗，獲得了縱向應變條件下的磁化特性；採用臨界態模型，研究了熱應變載荷下Nb3Sn超導材料磁通釘扎的演變規律，從理論上對磁滯損耗變化規律給出解釋，獲得了一系列的研究成果；其次，針對CICC導體特有的耦合損耗，採用多級禁止模型(Multizones PArtical Shielding Model)和電纜重組技術(Cable Regrouping Technology)，利用有效體積比和耦合時間常數來描述複雜的耦合電流特性，較好地解決了各級耦合電流間相互干擾的問題，特別還能精確地預測高頻工況下耦合損耗熱量，該方法已成功地被中國聚變工程實驗堆(CFETR)模型線圈短節距結構的導體耦合損耗特性的實驗證實，同時首次將該方法運用到超導磁體關鍵部件—搭接型超導接頭的交流損耗特性的研究中，與實驗結果取得較好的一致性；除此之外，結合理論分析和實驗研究的方法，深入研究了導體耦合損耗特性和導體各級接觸電阻的相關性問題，通過遴選和比較，闡明了Nb3Sn CICCs耦合損耗特性與第一級電纜(triplet cable)的接觸電阻之間存在強關聯的特性，對耦合損耗隨電磁循環的變化給出了合理的解釋，也為後期最佳化導體的動態熱負荷屬性指明了方向。綜合上述結果，本項研究為探討高性能Nb3Sn CICCs導體交流損耗特性提供了堅實的工作基礎，同時對於合理最佳化導體的動態熱屬性提供了重要的啟示性線索。項目資助發表SCI或EI論文6篇，培養碩士生一名，基本完成項目擬定的目標。項目投入經費20.0萬元，支出19.05萬，各項支出基本與預算相符。
