电枢参数对电枢超导型高温超导电机性能的影响

高温超导材料存在背景磁场依赖性和各向异性的问题,针对超导感应电机采用双层绕组结构,提出了双重镜像法建立开口矩形槽内漏磁场垂直方向和水平方向的解析模型,利用该模型研究了超导线圈在传输不同电流情况下磁场分布规律,揭示了开口矩形槽电磁结构参数对槽内超导线圈所受表面磁场的影响规律。研究结果表明,适当增大槽宽尺寸可以有效降低超导线圈表面所受最大磁场,传输电流和线圈匝数均能够近乎线性增大超导线圈表面所受最大磁场。     

电流环支承的超导球表面磁场计算

本文基于磁荷模型采用解析方法推证出电流环在超导球表面产生的磁场分布.首先不考虑超导球的抗磁性,由Biot-Savart定律计算出电流环在球面产生的磁场.再根据Meissner态超导体的边界条件,并基于磁荷模型计算出超导球的感应磁场.将电流环产生磁场与超导球的感应磁场叠加得到超导球表面的合磁场.     

内/外部励磁方式下高温超导环的俘获场特性

高温超导磁体在闭环运行时,可以提供稳定磁场,但是由于高温超导带材无法实现无阻焊接,成为高温超导磁体闭环运行的技术瓶颈.本文利用第二代高温超导带材制备闭环超导环,采用内部励磁和外部励磁对超导环进行励磁,在液氮温度中(77 K)测量超导环的中心俘获磁场.结果表明超导环在内部励磁俘获的磁场值比外部励磁俘获的磁场值高;外部励磁中,超导环中插入铁芯柱能提高俘获场;内部励磁中,超导环在螺线管闭环运行俘获的磁场值比开环运行俘获的磁场值高.结果对于高温超导闭环磁体励磁和高温超导带材磁通动力学研究具有很重要参考价值.     

1.3 GHz超导腔磁通排出效应研究

设计并搭建了一套高精度的磁场测量和补偿系统,并结合中国科学院高能物理研究所(IHEP)的2K超导腔垂直测试平台对1.3 GHz单加速间隙超导腔的磁通排出效应开展了实验研究:利用研制的磁场测量和补偿系统能够精密地测量超导腔赤道位置磁场,并能够将磁场补偿至小于5.0×10-8 T;并对超导腔不同表面温度梯度下的磁通排出效应进行了测量分析;对钉扎了磁场的超导腔进行了射频性能测试,研究了超导腔电阻对磁通钉扎的敏感度,以及在不同电场梯度下超导腔的表面电阻变化情况。结果表明,研制的高精度磁场测量和补偿系统能够满足超导腔磁通排出研究的需求;高的超导腔表面温度梯度有利于磁通的排出;磁通钉扎电阻的敏感度随着加速电场梯度的增加而增大,导致超导腔的性能下降。此实验研究也为后续超导腔的研制奠定了一定基础。     

三维介观超导环的涡旋结构

在Ginzburg-Landan理论的框架下, 运用有限差分法研究了在圆环电流产生磁场下的介观超导圆环内的涡旋结构, 讨论了超导圆环尺寸和不同空间分布的磁场对涡旋形成的影响, 得到在一般超导圆环体内的基态多是巨涡旋态、而多涡旋态多以激发态形式存在的结论, 说明磁场一般从超导圆环的环孔穿过, 而很难穿过超导圆环体.     

温度与外加磁场对近零介电常数区超导材料光学特性的影响研究

基于二流体模型,对三种结构模型就温度及外加磁场对超导材料光学特性的影响进行了研究.由于超导材料的折射率依赖于温度及外加磁场,超导材料的光学特性也随之变化.分析结果表明,TE波和TM波随温度与外加磁场的变化是一致的.在确定的温度下,超导材料光学特性随外加磁场的增加单调变化.但在确定的外磁场下,存在一转折温度,以该转折温度为分界点,超导材料的光学特性随温度表现出不同的变化规律.     

目标场法在悬浮超导球体的球形线圈设计中的应用

文中把目标场法引入到悬浮超导球体的球形线圈设计中,根据目标场法产生均匀磁场的原理,通过离散化绕组来近似处理球形线圈在超导球体和球形线圈的间隙内产生均匀磁场的电流密度分布规律。利用有限元分析和验证,在超导球体与球形线圈之间的间隙内产生了具有很好均匀性的悬浮磁场,这会明显提高超导球体悬浮的刚度和稳定性。     

塞曼效应对正常金属/d波超导结中微分电导的影响

通过外加塞曼磁场在d波超导中,研究磁场对d波超导及其正常金属/d波超导结中隧道谱的影响。研究表明(1)塞曼磁场能使能隙变小,且随着磁场变大,超导态会变为正常态,产生一级相变;(2)塞曼磁场可导致零偏压电导峰劈裂,劈裂宽度为2h0(h0为塞曼能)。     

NbTi超导磁屏蔽管的研究

对置于磁体中的 NbTi 超导磁屏蔽管进行了实验研究,检测了磁体中超导磁屏蔽管的磁屏蔽能力.结果表明由整块 NbTi 材料做成的超导磁屏蔽管屏蔽能力是不高的,并且其磁屏蔽能力随外磁场升场速度的增大而降低.还测量了超导磁屏蔽管内冻结磁场分布,得到了超导磁屏蔽管冻结磁场分布的一些实验规律,实验结果表明,置于磁体中的超导磁屏蔽管不具备使磁场分布更加均匀的能力,这与某些文献的理论预测不一致.     

电阻型超导限流器中带材失超与恢复特性

电阻型超导故障限流器中带材失超和超导恢复特性受电流、温度、磁场等因素影响,以YBCO超导带材为研究对象,建立了饼式线圈和螺线管式线圈绕制模型,分析了两种线圈中磁场分布特性,在液氮冷却条件下,表明了温度、磁场对临界电流密度和失超电阻率的影响;通过分析在三角波形故障电流作用下带材失超和超导恢复过程中的热过程,表明了超导恢复时间与失超后的温度和散热条件有关,当温度低于105 K时,超导特性恢复较快。为超导限流器的结构、冷却设计提供参考。     

磁悬浮系统中多芯复合Nb3Sn超导线磁通跳跃的可调性研究

超导磁悬浮列车在加速启动的过程中,载有恒定大电流的超导线圈处在变化的磁场中,这会导致超导线圈发生磁通跳跃,从而降低线圈的载流能力.并且磁通跳跃会产生大量热量而使超导线圈温度急剧升高,严重时会导致超导线圈失超,所以对磁通跳跃的研究具有非常重要的科学意义.Nb₃Sn超导线是由多根微米级的超导芯丝、铜和环氧树脂形成的复合结构.本文通过约束每根芯丝的静电流为零的二维模型来分析三维绞扭效应,研究了超导线在交变磁场和恒定电流下的磁热不稳定性行为.通过分析交变磁场的幅值和频率对Nb3Sn超导线磁通跳跃的影响,发现当磁场幅值不变时,初次发生磁通跳跃的磁场阈值B_th随频率非单调变化.而当频率一定时,初次发生磁通跳跃的磁场阈值B_th随交变磁场幅值单调变化.此外,随着幅值的减小,发生磁通跳跃的频率区间先变大后变小,直到某个临界频率后超导线不再发生磁通跳跃.本文的研究结果能够为调控超导线的磁热不稳定性行为提供理论依据.     

旋转超导体中的电流与电磁场

采用半经典理论方法,对旋转超导体内的电流和电磁场进行理论分析.在把非惯性力场等效为真实力场并假设其适用于量子力学的基础上,获得超导电子所满足的薛定谔方程和概率密度流表达式.发现超导电子的正则动量和空间相位的梯度有正比例的关系;发现在没有外电场和外磁场情况下,匀速转动的超导体内出现净电荷电场、磁场,表面出现净电荷及超导电流 关键词： 旋转超导体 超导电流 磁场 半经典理论     

临界现象的突破

法国Grenoble的CEA实验室和Grenoble强磁场实验室（GHMFL）的A．Huxley教授所领导的研究组将一块 锗-铑-铀（URhGe）样品的温度冷却并使其转变为超导体，在不施加磁场的条件下，它的超导转变温度Tc是280mK．正如预期的一样，将磁场逐渐加大到2T的过程中，超导转变温度也在逐渐降低．由于磁场是会破坏物质的超导性的，所以当磁场超过2T时URhGe样品的超导行为消失了,然而当研究组继续加大磁场到8T时，URhGe样品的超导行为又恢复了，当然这时的超导转变温度也变为400mK,将磁场继续增大到13T时，样品的超导性又一次消失了，Huxley的研究组发现UrhGe样品在磁场为12T附近经受了两种不同的相变。     

Bi（2223）／Ag带在强场下超导临界电流的不可逆性

Ｂｉ（２２２３）／Ａｇ带在高场下，超导临界电流不仅随磁场的变化有不可逆性，而且它随磁场和样品ｃ轴间夹角的变化也发现有相同的不可逆现象。产生此不可逆的原因是在高Ｔｃ层状结构的超导样品中，当磁通量发生变化时，超导区域内要产生持续感应电流和感应磁场，结果使位于超导区域之间的正常区域有效场产生不可逆性。     

磁场作用下超导圆环的涡旋演化

利用Ginzburg-Landau理论模拟在外磁场作用下超导圆环的涡旋演化,讨论了外磁场、材料参数以及圆环内外径对涡旋进入超导圆环体以及涡旋达到稳定分布的影响.研究结果表明:外磁场越大,材料参数κ越大,圆环环身越宽,则超导圆环体内容纳的涡旋就越多.当磁场较小时,涡旋只由内边界进入超导体,当磁场足够大时,涡旋则先由外边界,然后再从内边界进入超导体.     

两种减少高温超导风机交流损耗的结构优化方法北大核心

超导线圈的制冷问题是高温超导(HTS)风力发电机研究中的一个重点,尤其是在使用接触式制冷的超导电机中,现有制冷机的制冷功率普遍较低,这就要求超导线圈的交流损耗不能太大。在超导风力发电机中,为了减少交流损耗,通常将超导线圈放置在转子中作为励磁线圈使用。在定子齿部材料为铁磁材料的旋转电机中,气隙磁场会发生畸变,转子旋转时超导线圈处会出现交变磁场,产生交流损耗。通过有限元软件仿真,以使用接触式制冷系统的2.5MW高温超导风力发电机为研究对象,证明使用铁磁材料的定子齿部结构是造成超导线圈处交变磁场和交流损耗的主要原因。采用均一化模型计算交流损耗,提出两种减小交变磁场和交流损耗的结构优化方法,即定子齿部采用非磁性材料和在气隙处增加磁屏蔽层。     

GMI/超导复合磁强计的超导磁通变换器设计和研究

介绍了一种基于高温超导薄膜材料的具有微弱磁场放大能力的超导磁通变换器。该磁通变换器是本课题组提出的超高精度GMI/超导复合磁强计的核心部件。其基本结构是一个带有轭形微桥结构的闭合超导环,超导环的微桥部分只有几十微米宽,此种高质量的微桥结构是通过半导体光刻精密微加工技术获得的。其较大的超导环面积可以增大磁通汇集区域,提高磁场分辨率;狭窄的微桥结构形成磁场增强的区域,是低场磁敏感器件的工作区域。对此种超导磁通变换器的磁通放大能力进行了分析,并通过仿真对不同尺寸的超导环磁场放大倍数进行了计算。理论计算的结果在磁光成像实验中获得了初步的验证,为复合传感器的实现和优化设计奠定了技术基础。     

两种减少高温超导风机交流损耗的结构优化方法

超导线圈的制冷问题是高温超导(HTS)风力发电机研究中的一个重点,尤其是在使用接触式制冷的超导电机中,现有制冷机的制冷功率普遍较低,这就要求超导线圈的交流损耗不能太大。在超导风力发电机中,为了减少交流损耗,通常将超导线圈放置在转子中作为励磁线圈使用。在定子齿部材料为铁磁材料的旋转电机中,气隙磁场会发生畸变,转子旋转时超导线圈处会出现交变磁场,产生交流损耗。通过有限元软件仿真,以使用接触式制冷系统的2.5MW高温超导风力发电机为研究对象,证明使用铁磁材料的定子齿部结构是造成超导线圈处交变磁场和交流损耗的主要原因。采用均一化模型计算交流损耗,提出两种减小交变磁场和交流损耗的结构优化方法,即定子齿部采用非磁性材料和在气隙处增加磁屏蔽层。     

London磁场的物理机制研究

超导体在旋转过程中会在其内部产生磁场,称为London磁场.目前,包括London理论和G-L理论在内的多种理论都对London磁场的产生机理进行了解释.从本质上,这些理论解释大多认为旋转超导体最外层超导电子运动滞后并由此出现净余电流,而London磁场则是由旋转超导体表面的净余电流产生的.然而,关于旋转超导体最外层超导电子运动滞后的原因,目前仍没有明确的理论解释.本文通过对旋转系中带电粒子,以及旋转超导体中超导电子的贝里相位进行了理论分析,结果表明旋转状态下超导电子的贝里曲率与London磁场具有相同的表达形式,表明London磁场可视为A-B效应的逆效应,也即基于贝里相位的一种宏观量子效应.     

高温超导带材临界电流角度依赖性测量分析

第二代高温超导带材与第一代相比,有着载流能力强、交流损耗低、无需贵金属等优点,在超导电力应用中有广阔前景。高温超导带材临界电流在外磁场的影响下会发生衰减,超导带材临界电流的角度依赖性是超导电力装备设计必不可少的参数。实验选取温度50～77 K、磁场0～3.5 T、磁场角度0～360°区间,分别测量了上海超导、苏州新材料等厂家生产的市面主流第二代高温超导带材的临界电流,分析了不同背景磁场大小及角度下超导带材的各向异性。结果表明,各厂家生产的超导带材具有明显的各向异性。