國際熱核實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆（ITER）是世界上第一個(gè)實(shí)驗(yàn)性聚變設(shè)施。在ITER項(xiàng)目中,cable-in-conduit conductors（CICC）超導(dǎo)電纜是ITER磁體系統(tǒng)的核心部件。CICC超導(dǎo)電纜中的Nb₃Sn股線由多個(gè)子單元嵌套、絞扭、并拔拉成型。然后,Nb₃Sn股線和Cu股線通過特定的絞距連續(xù)的絞扭在一起,最后插入不銹鋼護(hù)套中并壓縮成特定的尺寸和空隙率,形成CICC超導(dǎo)電纜。通常CICC超導(dǎo)電纜處于復(fù)雜的工作環(huán)境,在其實(shí)際運(yùn)行過程中由于受到電磁力的作用,經(jīng)常受到拉伸和彎曲載荷,這不可避免地導(dǎo)致線纜之間的接觸、摩擦和滑動(dòng),股線線間接觸或壓痕會影響超導(dǎo)電纜的力學(xué)性能。因此,研究CICC超導(dǎo)電纜的等效力學(xué)性能是非常必要的,本文研究內(nèi)容如下:首先,針對多級CICC超導(dǎo)電纜復(fù)雜的結(jié)構(gòu),建立一種自上而下的幾何模型,可以用來數(shù)值地研究CICC超導(dǎo)電纜的力學(xué)性能。針對CICC超導(dǎo)電纜的前四級電纜,我們給出了分層布線結(jié)構(gòu)的簡潔幾何描述。從螺旋曲線的公式開始,給出了各級電纜精確的數(shù)學(xué)方程來描述多級絞扭結(jié)構(gòu)。另外,由于三、四級電纜較大的孔隙,與實(shí)際情況不符,... 

【文章來源】：蘭州大學(xué)甘肅省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

EAST超導(dǎo)托克馬克裝置[12]

蘭州大學(xué)碩士學(xué)位論文多級CICC超導(dǎo)電纜建模及等效力學(xué)性能研究4大，在未來30年里，用于建造ITER核反應(yīng)堆的總成本預(yù)計(jì)為105億美元[13-15]。ITER核聚變反應(yīng)堆的裝置位于地下，如圖1-2所示，該裝置是非常巨大的。最外層的部分是生物防護(hù)板。中間層是低溫恒溫器，低溫恒溫器是一個(gè)高24米，直徑為28米的圓筒形裝置。低溫恒溫器內(nèi)部包裹的是托克馬克裝置。此外，還有磁體CTB，這要包括電流引線和氦氣供應(yīng)裝置[16,17]。圖1-2ITER核聚變反應(yīng)堆裝置[17]ITER核聚變反應(yīng)堆主要包含四種類型的超導(dǎo)線圈，這四種超導(dǎo)線圈材料，結(jié)構(gòu)和功能各不相同。如圖1-3所示，由這四種類型的線圈共同協(xié)作，構(gòu)成ITER核聚變反應(yīng)堆的超導(dǎo)磁體系統(tǒng)。這四種類型的線圈分別是：一是環(huán)向場線圈，簡稱TF線圈，TF線圈的主要功能是產(chǎn)生磁場，以限制等離子體中的帶電粒子，在ITER超導(dǎo)磁體系統(tǒng)中，共包含18個(gè)TF線圈；二是中心螺線管線圈，簡稱CS線圈，CS線圈的主要功能是產(chǎn)生磁感應(yīng)通量，增大等離子體電流，從而促進(jìn)等離子體的形成，在ITER超導(dǎo)磁體系統(tǒng)中，共包含6個(gè)CS線圈；三是極向場線圈，簡稱PF線圈，PF線圈的主要功能是保持等離子體的位置平衡，也就是產(chǎn)生限制等離子體位置的力場，同時(shí)保持等離子體垂直的穩(wěn)定性，在ITER超導(dǎo)磁體系統(tǒng)中，共包含9個(gè)PF線圈；四是矯正場線圈，簡稱CC線圈，CC線圈的主要功能是校正由于位置誤差以及母線和饋線產(chǎn)生的誤差場諧波，在ITER超導(dǎo)磁體系統(tǒng)中，共包含9個(gè)CC線圈[18]。

蘭州大學(xué)碩士學(xué)位論文多級CICC超導(dǎo)電纜建模及等效力學(xué)性能研究5圖1-3ITER超導(dǎo)磁體系統(tǒng)[18]在ITER超導(dǎo)磁體系統(tǒng)中，磁體線圈是由超導(dǎo)股線和銅股線組成的CICC超導(dǎo)電纜纏繞而成，如圖1-4所示。CICC超導(dǎo)電纜被組裝成一根有著多級絞妞結(jié)構(gòu)的繩狀電纜，然后插入一根焊接的奧氏體鋼管管道中。不同的磁體線圈的組成成分也是不同的，其中，TF線圈和CS線圈中的超導(dǎo)股線為Nb3Sn股線，PF線圈和CC線圈中的超導(dǎo)股線為Nb-Ti股線。在ITER項(xiàng)目中，超導(dǎo)磁體系統(tǒng)是非常大的，整個(gè)超導(dǎo)磁體系統(tǒng)重約10000噸。對超導(dǎo)股線的需求量也是非常巨大的，需要Nb3Sn股線500噸，Nb-Ti股線250噸[19,20]。圖1-4ITER超導(dǎo)磁體系統(tǒng)中超導(dǎo)電纜[19]CICC超導(dǎo)電纜的相關(guān)研究起源于20世紀(jì)60年代末，F(xiàn)ile等人[21]研制了一

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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