EAST低温超导母线关键技术的研究

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EAST全超导托卡马克装置是国家“九五”重大科学工程。其科学目标是建成一个大型全超导托卡马克实验装置。EAST装置建造具有十分重大科学意义,它不仅是一个全超导托卡马克,而且具有改善等离子体约束状况的大拉长非圆截面等离子体位形,它的建成使我国成为世界上少数几个拥有这种类型超导托卡马克实验装置的国家,使我国磁约束核聚变研究进入世界前沿。EAST装置等离子体放电运行至今,已累计放电超过数万次。随着等离子体运行参数逐步提高,现有高温超导电流引线已经不能满足下一阶段电流运行要求,真空隔断已经出现强度不足的状况,需要重新设计改造。为了维护和修复以上出现的一系列问题,同时排除一些其它可能对装置安全性有影响的因素。决定将电流引线罐搬迁至离EAST大厅30米外的新电源大厅。需要新增加一条两段式低温超导传输线,一段连接EAST装置主机,另一段连接电流引线罐。超导接头承担着连接电回路和冷却回路的重要任务。在EAST外超导传输线中超导接头作为一项极为关键的工艺技术得到了广泛关注。本文首先从概念设计出发,针对超导接头双盒搭接结构形式,利用电阻率与电阻理论转换公式估算出超导接头直流电阻;运用法拉第电磁感应原理估算出超导接头的涡流损耗;利用管内流体流动压降理论公式对超导接头氦流压降进行估计,得出超导接头的电学性能主要受到其直流电阻影响的结论,同时对超导接头直流电阻进行了进一步分析。其组成主要有三部分,一是接头盒内铜底板的电阻;二是接头盒内超导缆与接头盒铜板的接触电阻;三是两个接头盒中间搭接处的连接电阻。其中,第一部分的电阻值主要由材料本身电学性能决定,第二、三部分电阻与制造工艺有密切关系。超导接头加工工艺方案。采取机械打磨法或反电镀法去除超导缆表面的镍层,再通过在镍表面挂锡或镀银措施,改善超导缆与铜板间接触状态;采取钎焊法连接两个接头盒,进一步减小了两个接头盒之间的接触电阻;通过优化焊料技术参数,制定合理工艺规程等措施,有效地减小超导缆与铜板的接触电阻。合理的超导接头加工工艺为超导接头具有良好的电学性能提供了保障。实验测试结果表明,超导接头直流电阻为4.9nΩ左右,完全满足EAST直流电阻小于10nΩ的设计要求,解决了外传输线关键技术难题,进一步提高了EAST托克马克装置运行的稳定性。对促进我国超导电工、聚变核能领域的技术进步具有重要意义。
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