CRAFT导体平台背场线圈预紧碟簧设计与测试

碟形弹簧是背场线圈预紧结构的弹性元件，为线圈提供预紧力。本文采用碟形弹簧理论计算公式，设计了背场线圈预紧用碟形弹簧。以试制的■40 mm碟形弹簧为对象，开展常温下载荷与变形的加载试验，获得了其在常温下的特性曲线。试验结果表明，■40 mm碟形弹簧经多次加载后，加载区的极限载荷逐渐增大，卸载区的极限载荷逐渐减小。     

μ子源超导俘获线圈测试杜瓦设计与校核

根据高μ子源超导俘获线圈整体测试系统的要求,设计了μ子源超导俘获线圈测试杜瓦系统.包含液氦杜瓦、真空杜瓦及绝热冷屏,采用Solidworks软件对测试杜瓦系统进行3D建模.通过对绝热冷屏统进行了详细的传热学计算,绝热冷屏的可以满足μ子源超导俘获线圈测试过程的漏热需求;根据μ子源超导俘获线圈测试实际工况,对真空杜瓦和液氦杜瓦进行了Ansys有限元软件分析与校核,得到杜瓦详细的应力及变形结果,分析表明,测试杜瓦的设计较为合理,可以作为工程设计的理论计算依据     

120kJ高温超导储能磁体的研究

阐述了120k J高温超导储能磁体的高温超导带选择及磁体主要参数。为确定120k J高温超导储能磁体绕组的通电方式,比较了30个高温超导双饼线圈两种连接方式在225A电流下的磁场特性。为满足杜瓦强度要求,针对120k J高温超导储能磁体杜瓦开展了结构设计及强度分析,结果表明,杜瓦满足高温超导绕组吊挂对其强度的要求。     

45T混合磁体外超导磁体真空系统的研究

根据45T稳态混合磁体外超导磁体实验装置对试验平台的真空要求,外超导磁体运行在4.5K的低温环境下,为了超导磁体的正常稳定的运行,需将超导磁体系统置于具有一定真空度的杜瓦中,且杜瓦真空水平要求苛刻。设计了45T混合磁体外超导磁体真空系统,最后通过对外超导磁体线圈的检漏,对比了设计参数,结果表明,该真空系统可以稳定运行,满足设计要求。     

非接触供电在高温超导磁体中的应用探究北大核心

高温超导磁悬浮列车运行过程中,由于磁体自身存在工作损耗难以实现恒流运行,寻找适用于高温超导磁体的运行补偿供电方法成为其能否稳定可靠运行于轨道交通环境的关键.本文基于磁耦合非接触供电技术,提出一种适用于高温超导磁体的非接触补偿供电方法,利用电路理论建立电路等效模型,对电路结构进行了优化设计.考虑到电路参数对于系统性能的影响,根据电磁场理论,对线圈结构进行了设计优化.通过搭建非接触供电系统实验装置,对系统特性、不同线圈结构对磁体供电系统的影响进行了研究,验证了本文所提出的非接触补偿供电方法的可行性.     

强磁场下ITER垂直稳定性线圈的电磁性能研究

垂直稳定性线圈是ITER托卡马克装置中用以维持等离子体垂直稳定性的核心部件,然而该线圈处于强磁环境下,一旦线圈励磁运行以后,线圈电流与外部背景场交互作用激发的电磁载荷将会对线圈产生强烈的电磁冲击.为了分析稳态和瞬态电磁载荷对线圈结构的影响,首先采用电流丝等效模型并基于椭圆积分计算了背景场线圈和等离子体电流的磁场,以及极端运行状态下背景场所诱发的电磁力.在电磁计算的基础上,创建循环对称磁-结构耦合分析模型并采用间接耦合法,将电磁力密度以载荷边界条件插值到结构分析模型,计算评估线圈在稳态电磁载荷下的力学性能.此外,针对脉冲电流引起的电磁疲劳,采用ASME主应力方向恒定的疲劳设计规范,结合Goodman修正法并以无限次循环条件下材料应力强度为评定标准,对线圈各组件的应力进行了评定,结果表明线圈各组件均有足够的安全裕度.该分析方法可为托卡马克其它磁体线圈的电磁性能评估提供参考.     

开放式线圈屏蔽高场超导MRI磁体的优化设计

提出了开放式高场线圈屏蔽超导MRI磁体的混合优化设计方法,所设计的开放式MRI磁体仅有2对超导线圈。首先采用ISIGHT集成有限元分析软件ANSYS,构成协同式集成优化设计平台,设计磁体的主线圈和屏蔽线圈;然后提出改进的电磁场形状优化方法,设计磁体的匀场铁环,最后通过MATLAB运行遗传算法调用ANSYS进一步优化成像区域(Diameter of Spherical Volume,DSV)的磁场不均匀度,以达到高质量成像的要求。通过一个1.2T的开放式MRI磁体的设计实例清楚地展示了这种优化方法。     

40T混合磁体杜瓦平台结构设计及性能分析

根据40T稳态混合磁体实验装置对试验杜瓦平台的要求,设计了40T混合磁体外真空杜瓦机械结构,采用ANSYS对杜瓦结构进行了稳定性分析和结构优化,最后用激光跟踪仪进行了测量.ANSYS数值模拟结果和激光跟踪仪测量实际数据对比分析,实际测量的最大变形在理论计算范围以内.     

EAST超导托卡马克冷屏结构与受力分析

EAST是一个全超导磁体系统的托卡马克实验装置,超导纵场和极向场磁体工作在4K温区下。在磁 体和其它发热部件之间布置有冷屏系统,以减少作用到所有低温冷质部件上的热载,将其保持在最低水平。该系 统包括真空室冷屏(内冷屏)和外真空杜瓦冷屏(外冷屏)两部分。在分析了冷屏低温运行时所受热应力以及等离 子体破裂时所受电磁载荷的基础上,运用大型有限元分析程序NASTRAN,对其不同载荷状况进行了数值计算,为其 结构设计与优化提供了理论依据。     

ITER馈线系统CTB盒冷屏多层绝热结构传热性能的实验研究

线圈终端盒(CTB)是保证ITER装置可靠运行的关键部件之一,为磁体系统与低温车间、电源大厅、数据采集系统和低温控制元件提供4.5K的超低温工作环境。线圈终端盒(CTB)内部设有80K冷屏,以吸收室温环境对其内部工作空间带来的辐射热负荷,在杜瓦和冷屏中间,设有30mm的真空多层绝热夹层。首先采用量热法和称重法,对多层绝热试件进行了热性能测试,然后分别与理论分析和CTB原型件系统实验结果进行对比,得出了CTB盒中多层绝热结构的热性能参数,为下一步大规模生产提供了有力的技术支持。     

强场NB_3SN-NBTI混合型超导聚焦螺线管的研制

介绍了为强流重离子加速器(HIAF)研制的强场超导聚焦螺线管样机的设计。该磁体中心场达到10T,在距离磁体中心260mm处的漏场要求小于240Gs,且保证平方积分场值达到14.2T~2m,由于安装空间的限制,要求尽量缩短磁体长度。为得到符合物理要求的线圈电磁设计,结合全局粒子群算法和局部SLSQP算法,采用Python编写了超导聚焦螺线管的优化设计程序,得到了满足要求的电磁设计方案。为了保证磁体的稳定运行,采用ANSYS对磁体及骨架进行了应力分析,得到了合理的骨架结构设计和关键工艺参数。利用OPERA的QUENCH模块对磁体进行了失超分析,得到了磁体的热点温度、失超电压等参数,确定了失超保护方案。     

EAST超导磁体线圈电阻测量系统优化

EAST装置超导磁体系统包括30个超导磁体线圈,超导磁体线圈电阻测量是对当前磁体性能是否退化等进行判断的重要一环.本文介绍了EAST超导磁体线圈电阻测量系统当前存在的问题、优化设计以及样机实验运行结果.     

ITER TF导体压降流阻测试试验与分析

由于国际热核聚变实验堆(International Thermonuclear Experimental Reactor,简称ITER)的磁体系统运行时利用迫流氦进行冷却,迫流氦在线圈内部流动,产生一定阻力,会影响磁体线圈的正常工作,需要对磁体线圈进行压降测试。着重介绍线圈导体的流体测试试验,根据ITER纵向场(Toroidal Field,简称TF)的导体PA技术要求,搭建测试平台并在室温下进行氮气压降-流量测试实验。使用经验公式进行理论压降计算,计算结果与测量值进行对比,较为接近。同时,也利用该根导体参数进行低温下压降计算,计算结果和国外相关数据,相似。     

YBCO线圈在液氮中的失超特性研究

由于高温超导材料的临界温度较高,可以运行在一个较宽的温度范围内,因此高温超导磁体被看作是稳定性较好的磁体,它在超导电力、超导磁体方面的应用占着日益重要的地位.YBCO带材作为第二代高温超导体的代表,近年来其生产工艺水平也得到了迅速发展和提高.磁体失超是影响超导磁体运行稳定性的重要问题之一.本文研究了YBCO单饼线圈在液氮环境中因由热扰动诱发的失超特性,设计了一套高温超导线圈在液氮浸泡下的失超测量系统,通过软件LABVIEW和数据采集卡对线圈的温度和电压进行采集和记录,测量YBCO单饼线圈在不同运行条件下的失超特性.     

ITER超导纵场线圈内馈线系统传热分析

ITER超导纵场线圈内馈线系统位于主机杜瓦内,由18个盒体分别悬挂于相应纵场磁体终端,通过连接件组成多边形环。通过对内馈线在整个装置降温收缩过程的分析,采用有限元分析法对内馈线稳态及瞬态温度场进行数值模拟,得到内馈线的热负荷值、温度分布、温度及变形的时间历程曲线,为内馈线冷却方案的确定和降温时间的预测等提供了可靠验证。     

用修改的Gandalf软件对HT-7U装置TF和PF线圈的稳定性分析

HT-7U是一个先进的等离子体稳态托卡马克装置.它的环向磁场(TF)和极向磁场(PF)系统,均采用超导磁体,所有超导磁体均由CICC导体制成.为了获得PF和TF磁体运行的的安全裕度,需要对这些超导线圈进行严谨的热工水力特性分析,研究超导磁体在正常运行条件下所能承受的最大扰动.稳定裕度的分析充分考虑了多种不同的扰动.本文的分析均基于修改的Gandalf程序,即考虑超导CICC磁体系统之间(匝间、层间、不同的冷却通道之间)的热耦合,研究了HT-7U超导托卡马克系统的TF和PF超导线圈在不同运行条件下的稳定裕度和失超传播特性.这些分析将为HT-7U超导磁体系统的运行提供参考.     

YBCO高温超导带材低温临界性能测试方法北大核心

介绍了一种临界电流测试系统,用于研究钇钡铜氧(YBCO)高温超导带材在不同温度以及不同磁场强度环境下的临界电流特性,该系统基于四引线法,其主要包括一孔径70mm、最高磁场16T的背景磁体以及低温杜瓦;Keithley 2182A纳伏表,PCI-9114数据采集卡搭建的数据采集系统,以及Lakeshore 340温控仪的温度控制系统。利用该系统进行YBCO带材分别处于平行场及垂直场时不同温度及磁场强度环境下的临界电流测试,得到了YBCO带材在低温环境下的临界电流特性,为YBCO带材的应用及研究提供依据。     

高温超导环向场D型线圈的电磁设计

随着高温超导材料和应用技术的进步,采用高温超导技术已成为未来磁约束核聚变装置的发展方向。以ITER托卡马克环向场磁体为研究和应用对象,采用YBCO带材进行了小型高温超导环向场D型线圈的电磁设计,分析了在带材的总用量一定的情况下,线圈的个数和布局对环向场磁体的临界电流、磁场强度及位形的影响,探讨了高温超导环向场磁体的电磁设计方法和技术要点。     

YBCO高温超导带材低温临界性能测试方法

介绍了一种临界电流测试系统,用于研究钇钡铜氧(YBCO)高温超导带材在不同温度以及不同磁场强度环境下的临界电流特性,该系统基于四引线法,其主要包括一孔径70mm、最高磁场16T的背景磁体以及低温杜瓦;Keithley 2182A纳伏表,PCI-9114数据采集卡搭建的数据采集系统,以及Lakeshore 340温控仪的温度控制系统。利用该系统进行YBCO带材分别处于平行场及垂直场时不同温度及磁场强度环境下的临界电流测试,得到了YBCO带材在低温环境下的临界电流特性,为YBCO带材的应用及研究提供依据。     

15 T Nb3Sn磁体热处理传热分析及实验研究

大孔径高场磁体是开展超导材料性能研究的必要装置。依托聚变堆主机关键系统综合研究设施项目,中科院等离子体物理研究所将进行15 T高场复合超导磁体研制,磁体高场区由Nb₃Sn密绕线圈构成。热处理是Nb₃Sn线圈研制的关键工艺环节也是磁体研制的难点,要求磁体热处理温度均匀性优于±5℃。针对15 T Nb₃Sn密绕线圈热处理需求,研制了一套真空磁体热处理系统。利用该系统完成了线圈热处理实验,通过传热仿真与实验结果分析,线圈整体温度均匀性优于±3℃,最终各项指标均满足热处理技术要求。