论文部分内容阅读
未来的磁约束聚变堆中心螺管磁体需要更强的磁场和紧凑的磁体空间，这为高温超导材料的应用提供了非常好的舞台。而从尺度为毫米的线材，到以米为尺度的磁体，需要由数十千安培级别的铠装电缆导体作为桥梁。因此，铠装电缆导体的设计，是高温超导材料实现在聚变磁体中应用的必经之路。目前，较有应用前景的是两种高温超导材料REBCO和Bi-2212。尽管两种材料中超导电性的发现时间相距不晚，但目前其相应导体的设计处于不同发展阶段，也各自面临不同的挑战。
REBCO导体目前已有多种设计方案，且在前期测试中均有较好表现，下一个阶段的一个研究重点是其失超特性的研究及磁体中的失超保护。这是高温超导材料的应用中的较大的挑战之一。本文即以EPFL-SPC为EURO-DEMO中心螺管设计的REBCO导体为对象，针对REBCO带材临界电流相对磁场的各项异性，以及REBCO导体中存在的多层次的物理耦合等特点，利用THEA软件，建立了适用于REBCO导体失超特性模拟的均匀多股线模型;并结合实验和计算分析，对该模型进行了一定的验证。最后，利用均匀多股线模型，对REBCO导体的失超特性做了较为细致全面的分析，并研究了该导体基于失超特性的参数优化的原则。
同时，本文还探索了利用压致失超效应(Thermal-hydraulic-quench-back)来加速失超的REBCO导体中正常区域传播的速度，定性分析和数值模拟均初步表明了其可行性。此外，本文中还针对目前REBCO导体设计中所广泛采用扭绞概念，从扭绞对通电过程中带材间电流分布平衡性及稳定性的角度入手，表明了堆叠带材导体的中摒弃扭绞这一概念的可行性。
相比REBCO导体设计的百花纷呈，Bi-2212导体目前还重在解决“存在”的问题，其核心难点在于热处理过程中Bi-2212与铜、不锈钢等材料的不兼容，而线材的脆性又使得先热处理后形成超导相的线材，难以承受较大应力或应变。本文综合公开发表的数据，对采用先热处理后绕制(React and Wind)技术的Bi-2212扁平电缆导体的可行性进行综合的定量分析，结果表面这一技术路线具有较大的可行性和优点。
REBCO导体目前已有多种设计方案，且在前期测试中均有较好表现，下一个阶段的一个研究重点是其失超特性的研究及磁体中的失超保护。这是高温超导材料的应用中的较大的挑战之一。本文即以EPFL-SPC为EURO-DEMO中心螺管设计的REBCO导体为对象，针对REBCO带材临界电流相对磁场的各项异性，以及REBCO导体中存在的多层次的物理耦合等特点，利用THEA软件，建立了适用于REBCO导体失超特性模拟的均匀多股线模型;并结合实验和计算分析，对该模型进行了一定的验证。最后，利用均匀多股线模型，对REBCO导体的失超特性做了较为细致全面的分析，并研究了该导体基于失超特性的参数优化的原则。
同时，本文还探索了利用压致失超效应(Thermal-hydraulic-quench-back)来加速失超的REBCO导体中正常区域传播的速度，定性分析和数值模拟均初步表明了其可行性。此外，本文中还针对目前REBCO导体设计中所广泛采用扭绞概念，从扭绞对通电过程中带材间电流分布平衡性及稳定性的角度入手，表明了堆叠带材导体的中摒弃扭绞这一概念的可行性。
相比REBCO导体设计的百花纷呈，Bi-2212导体目前还重在解决“存在”的问题，其核心难点在于热处理过程中Bi-2212与铜、不锈钢等材料的不兼容，而线材的脆性又使得先热处理后形成超导相的线材，难以承受较大应力或应变。本文综合公开发表的数据，对采用先热处理后绕制(React and Wind)技术的Bi-2212扁平电缆导体的可行性进行综合的定量分析，结果表面这一技术路线具有较大的可行性和优点。