ITER超导股线的力学性能测试

介绍了Pacman装置的设计原理,用Pacman装置测量了OST公司通过内锡法工艺制备的Nb₃Sn超导股线在12T,4.2K条件下单轴方向的临界电流与应变的关系,应变的范围在-0.8%～+0.6%。用偏量比例模型模拟了临界电流与轴向应变之间的规律,分析了随应变的改变n值的变化,得出了Nb₃Sn超导股线对应变的敏感程度。     

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基于当前应用较广泛的应变下临界电流测量装置Pacman,利用有限元方法对应变盘及超导线进行受力分析,得到了超导线轴向及横向的应变分布情况。结合Nb3Sn超导线偏应变临界电流定标律,分析了在两种极限假设情况(低丝间电阻和高丝间电阻)下超导线截面应变分布对临界电流的影响。     

Nb_3Sn超导股线残余应力分析

Nb3Sn超导股线在900K形成,而工作环境是在4.2K,从高温到低温会在Nb3Sn超导股线内部产生残余应力与应变,Nb3Sn超导股线对应力应变十分敏感,过大的应力会使股线的性能严重退化。通过理论计算和数值模拟的方法来计算Nb3Sn超导股线的残余应力与应变。     

Nb_3Sn超导线弯曲应变对临界电流影响研究

Nb3Sn超导线现为大型工程科研项目如国际热核聚变反应堆(ITER),强磁场项目等磁体的基本材料之一.由于A15相的脆性,受力作用下Nb3Sn超导体超导性能会发生严重退化.在ITER用管内电缆导体(CICC)中,股线受到电磁力作用时会产生弯曲应变.为研究弯曲应变对超导线的临界电流影响,我们对ITER标准临界电流测试骨架中间部位开槽,使股线在通电过程中产生循环的弯曲应变,并测试得到其临界电流.结合Nb3Sn超导线偏应变临界电流定标律,分析在两种极限假设情况(低丝间电阻和高丝间电阻)下超导线弯曲应变对临界电流的影响,并与骨架开槽实验结果进行比较.     

压痕对低温和高温超导股线临界性能影响研究

低温超导股线Nb Ti和Nb3Sn用于核聚变装置用的CICC导体结构,由于绞缆的作用及导体生产过程中的挤压作用,将会导致Nb Ti和Nb3Sn超导股线的表面产生不同形式的压痕,过大的压痕将会影响股线的临界性能;高温超导股线Bi-2212和Mg B2是未来可用于核聚变装置中制成CICC导体潜在的高温超导材料,由于高温超导材料的脆性,在电缆制备及导体制造过程中也会导致股线的表面产生压痕影响股线的性能。文中主要开展对于低温超导股线Nb Ti,Nb3Sn及高温超导股线Bi-2212和Mg B2的临界性能随压痕深度的变化规律,从而为导体制造的改进及未来高温超导导体的制造提供理论依据。     

Nb_3Sn超导股线受压弹塑性有限元分析

运用ANSYS软件建立Nb3Sn超导股线的二维截面简单模型,采用有限元方法研究平板压缩和凹面板压缩方式对Nb3Sn超导股线在4.2K低温下受不同的压力下弹塑性应变的影响。通过分析得出:两种不同的压缩方式使Nb3Sn股线中超导区域的中间位置的应变比靠近外层位置的应变要大;受同样压力作用下,平板压缩导致的超导区域的平均应变要比凹面板平均应变大。采用该有限元模型,研究了Nb3Sn超导股线三个不同位置上产生的空隙在压力作用下对超导股线的弹塑性应变的影响。通过分析可得出:空隙会使股线中的超导区域的平均应变增大,并且越靠近施力点的空隙对平均应变影响越大;在具有相同位置的空隙下,平板压缩导致的超导区域的平均应变要比凹面板平均应变大。     

高性能内锡法Nb_3Sn超导股线生产用Sn-Ti合金的研制

高性能内锡法Nb3Sn超导股线可用于国际热核聚变反应堆(ITER)磁体,股线加工过程中的断线问题是股线制备的关键技术之一.在股线的Sn组元中添加适量的Ti不但能够提高Sn的强度利于股线的长线加工;同时Ti元素的添加还可以提高热处理中Nb3Sn的成相速度,降低晶粒尺寸,提高股线的电磁特性.本文介绍了满足Nb3Sn超导股线制备要求的Sn-Ti合金的制备技术,分析了不同浇铸温度对铸锭的影响,对比了加工中Sn-Ti合金的微观组织变化,为我们制备满足ITER要求的Nb3Sn超导股线提供了重要的保障.     

Bi-2212高温超导股线受压临界电流测试与分析

运用Ansys软件建立Bi-2212超导股线简化二维截面模型,采用有限元方法研究平面压缩对热处理后的Bi-2212超导股线在不同的压缩条件下的应力与应变分布。通过分析得出:平板压缩使Bi-2212超导股线中超导区域中间位置的应力应变比靠近外层位置的应力应变要大;并根据分析得出股线在径向受压形变量0.04mm,0.10mm,0.15mm条件下股线超导区域平均应变的大小。通过低温实验测试了Bi-2212超导股线短样样品在4.2K和不同平行磁场强度下的临界电流,并且分析了在室温受压缩0.04mm,0.10mm,0.15mm条件下股线临界电流性能的变化,根据测试结果得出当Bi-2212股线受压缩应变时,股线的临界电流具有明显的下降。     

Nb_3Sn CICC导体接头电阻测试

介绍了用于测试大电流Nb3Sn管内电缆导体接头电阻的超导变压器系统。该超导变压器包括初级线圈和次级线圈,其中初级线圈采用Nb Ti超导股线绕制;次级线圈采用Nb3Sn CICC导体绕制。初级线圈和次级线圈均浸泡在液氦中冷却。利用超导变压器对Nb3Sn CICC导体超导接头的测试结果表明,所设计的超导接头电阻满足设计要求。     

用于ITER的NbTi超导股线临界电流测试方法

介绍了一种用于ITER的NbTi超导股线在不同温度下临界电流测试的方法和装置。该装置包括一孔径为70mm、最高磁场高达16T的背景磁体以及变温杜瓦等系统。对NbTi超导线变温测试设计了二元电流引线。用该系统得到了其NbTi超导股线在不同磁场不同温度下的临界电流,用“Luca”定标律拟合了测试结果,并对测试结果进行了分析。     

Heat treatment effect on the strain dependence of the critical current for an internal-tin processed Nb3Sn strand

A comparative study on the effects of heat treatment, especially, the duration of the A15 reaction temperature plateau on the strain dependence of the critical current for an internal-tin processed Nb₃Sn strand has been carried out. The strain dependence of the critical current is measured by a variable temperature Walter spiral probe that we have developed. It was shown that prolonged heat treatment can be a very effective way to improve the strain dependency. For a quantitative analysis, the measured data were analyzed with various proposed scaling laws: the scaling law based on strong-coupling theory, the modified deviatoric strain scaling law, and the interpolative scaling law. We found that there is a slight increase in the critical temperature and a substantial improvement in the maximum pinning force. The origin of improved strain dependency is further discussed.     

内锡法Nb3Sn超导线A15相组成及TC的特征研究（英文）

设计并制备四组不同组成的内锡法Nb3Sn单组元线和两组不同结构设计的多芯线.先将所有样品进行210℃/50hr+340℃/25hr的Cu-Sn合金化热处理,接着进行A15相成相热处理.四组单组元线的成相热处理程序是在675oC,700oC和725℃三种温度下热处理100小时和200小时;而两组多芯线的成相热处理程序是在675℃,675℃,700℃和725℃四种温度下热处理128小时和200小时.将所有热处理样品采用X-射线EDS进行A15相组成分布测定,采用SQUID磁化法测定临界温度TC.所得结果表明,经过足够热处理时间后各种内锡法Nb3Sn超导线的最终A15相组成和TC与热处理温度、导线复合体组成和结构设计以及第三元素的合金化掺杂无关,而是由这种扩散与固相反应的机制本质所决定的.     

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对Nb3Sn超导线低温下残余应力进行了分析。通过分析复合材料产生热应力的机理,给出弹性假设下计算残余应变的公式。用有限元分析计算了超导线制造到降温过程中各组分的应力变化情况,得到Nb3Sn超导丝在低温下的残余应变,模拟了不锈钢管对超导线残余应力的影响。     

14T全身超导MRI磁体的技术挑战——大规模应用强场超导磁体未来十年的发展目标之一

本文首先综述了大规模应用的超导磁体,依赖并推动铌三锡Nb3Sn导线技术进步,向更强磁场发展的趋势.着重分析了超高场14 T全身MRI磁体的挑战性技术.选择青铜Nb3Sn导线,采用Nb3Sn线圈和NbTi线圈相结合的混合结构,对14 T全身MRI磁体进行了电磁概念设计和热稳定性及失超保护仿真分析,并简要阐述了14 T全身MRI磁体在应力、接头和匀场方面的关键问题.根据分析结果认为:1)Nb3Sn导线是14 T全身MRI磁体需要面临的首要挑战性问题—作为最佳选择的青铜Nb3Sn导线,其现有产品的性能指标离14 T全身MRI磁体的要求尚存在有一定的差距;2)14 T全身MRI磁体的失超保护涉及线圈的铜超比设计、运行电流同线圈电感的协调配置、被动保护的分段策略和主动保护的失超触发控制以及主动屏蔽结构磁体在失超过程中的逸散磁场限制等多个十分复杂的环节,是最具挑战性的综合性技术.     

超导股线Nb3Sn的性能测试研究

随着超导磁体的不断开发应用,对高临界电流密度超导材料的需求不断增长,以金属间化合物为基体的超导材料Nb3Sn具有特殊的实际意义,其制成的导体临界性能高于NbTi导体,Nb3Sn股线也是ITER磁体的关键组成部分.为了选择超导磁体合适的运行参数以及确定其稳定运行的范围,了解其超导特性是必要的.根据磁体设计所用标准,磁体运行时性能与股线的性能密切相关.本文介绍了一种测试Nb3Sn股线临界性能的方法,实验采用四引线法进行,测试中对样品提供了一个垂直方向的背景磁场,其大小可从0 T变化到16 T,实验时样品置于变温杜瓦内,温度调节通过控制进入变温杜瓦的氦气量来实现,可使温度变化小于0.01 K.对测试结果运用Summer定理进行了拟合并加以分析.     

X荧光光谱法测定沉积在镍基合金带上Nb3Sn成分比

本文提出用溶液法X荧光光谱测定沉积在镍基合金带上Nb3Sn成份比。在我低管压和管流的条件下采用二元比例法，铌锡荧光强度比与其重量比呈良好线性关系。铌锡薄层与合金基带的重量比，试液浓度，液槽中试样液面的高低等不影响铌锡的荧光强度比。方法的准确度和再现性，令人满意。