【摘要】：能源是人類社會(huì)發(fā)展中的重要資源,今日人類消耗的能源中化石能源的比例超過80%,但是化石能源如煤、石油、天然氣等并不是理想的能源。使用過程中產(chǎn)生溫室效應(yīng)、大氣污染,而且儲(chǔ)量有限,不利于人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。核聚變發(fā)電技術(shù)清潔、可靠,而且原料儲(chǔ)量巨大,核聚變發(fā)電代表了人類社會(huì)未來能源發(fā)展的方向。聚變發(fā)電技術(shù)的美好前景吸引著世界各國紛紛投入實(shí)驗(yàn)研究。經(jīng)過多年理論設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,托卡馬克未來將發(fā)展成可靠的聚變反應(yīng)裝置,為人類提供無限能源。在聚變發(fā)電實(shí)驗(yàn)研究的熱潮中誕生了國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆(ITER),這是一項(xiàng)大型國際科技合作項(xiàng)目,中國是這個(gè)國際合作項(xiàng)目中的重要參與方。與此同時(shí)國內(nèi)也建起了全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置(EAST),這兩個(gè)大科學(xué)裝置與科研項(xiàng)目將中國帶入了國際聚變科學(xué)研究的前沿。未來中國還將繼續(xù)建設(shè)中國聚變工程實(shí)驗(yàn)堆(CFETR),驗(yàn)證聚變發(fā)電工程的各項(xiàng)技術(shù),為將來的示范反應(yīng)堆鋪平道路。在聚變反應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置中,等離子體溫度高達(dá)上億度沒有任何材料能與之接觸,所以必須用磁場將等離子體懸浮、約束起來。因此超導(dǎo)磁體是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),它不僅支撐核聚變反應(yīng)的穩(wěn)定運(yùn)行而且與聚變反應(yīng)的功率密切相關(guān)。比起常規(guī)磁體來超導(dǎo)磁體能產(chǎn)生更強(qiáng)的磁場、穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間更長、能耗更低。因此,聚變實(shí)驗(yàn)裝置使用由鎧裝電纜導(dǎo)體(CICC)繞制的超導(dǎo)磁體是未來的發(fā)展方向,CICC制造技術(shù)是聚變實(shí)驗(yàn)中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。在直流電流或者穩(wěn)定的外界磁場環(huán)境下,由復(fù)合超導(dǎo)材料制造而成的CICC導(dǎo)體可以無損耗地運(yùn)行,但是實(shí)際的工作環(huán)境中CICC常常要經(jīng)歷電流、磁場的變化,甚至是等離子體破裂導(dǎo)致的磁場劇烈變化。在這樣復(fù)雜的電磁環(huán)境下,CICC內(nèi)部的超導(dǎo)體中釘扎的量子化磁通線會(huì)移動(dòng)產(chǎn)生磁滯損耗,CICC中相互接觸的股線、子纜間會(huì)產(chǎn)生各種電流回路從而產(chǎn)生耦合損耗,甚至在CICC外層的鎧甲中也會(huì)因?yàn)榇艌鲎兓a(chǎn)生渦流從而產(chǎn)生渦流損耗。這三種損耗都會(huì)導(dǎo)致電磁場能量耗散為熱能,從而使CICC的溫度升高,增加制冷系統(tǒng)的負(fù)擔(dān),影響磁體系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。因此,在設(shè)計(jì)或生產(chǎn)新的超導(dǎo)導(dǎo)體、超導(dǎo)接頭時(shí)一定要測試導(dǎo)體的交流損耗性能。測試獲得的導(dǎo)體交流損耗密度數(shù)據(jù)能用于指導(dǎo)導(dǎo)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)、制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)、磁體設(shè)計(jì)等。本文介紹了一種新型的交流損耗測試裝置,可以用于測試超導(dǎo)導(dǎo)體、超導(dǎo)接頭等超導(dǎo)樣品的交流損耗性能。該測試裝置主要分為三個(gè)子系統(tǒng):(1)低溫杜瓦系統(tǒng);(2)磁體系統(tǒng);(3)量熱法測試系統(tǒng);(4)pick-up測試系統(tǒng)。利用Twente大學(xué)的同類型裝置測試了一個(gè)小尺寸Bi-2212導(dǎo)體的交流損耗,并結(jié)合測試結(jié)果分析了樣品的交流損耗性能。該裝置的研制填補(bǔ)了國內(nèi)研究的空白,為未來我國的超導(dǎo)材料及聚變能源的發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。
【圖文】：

ＩＣＣ）概念的起源卻來自ＩＣＣ導(dǎo)體，可以追溯到Ｈｏｅｎｉｇ、Ｉｗａｓａ以及逡逑ｔｇｏｍｅｒｙ：邋１９７５年這些研究人員在西屋實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)一個(gè)大線圈項(xiàng)目的磁體，逡逑注意到如果液氦以湍流循環(huán)，并直接和加熱面接觸，比如超導(dǎo)股線，則可以逡逑卻效率提高到保證磁體穩(wěn)定運(yùn)行的水平［３］。逡逑從那時(shí)開始，許多不同的ＣＩＣＣ布局被設(shè)計(jì)出來，大量工作圍繞ＣＩＣＣ內(nèi)液逡逑熱工水力理論和實(shí)驗(yàn)研究展開，致力于優(yōu)化ＣＩＣＣ的冷卻與運(yùn)行狀態(tài)，增進(jìn)逡逑ＩＣＣ的理解在此基礎(chǔ)上調(diào)整影響大尺寸超導(dǎo)系統(tǒng)穩(wěn)定性的主要參數(shù)。特別地，逡逑聚變領(lǐng)域，超導(dǎo)磁體內(nèi)部有幾個(gè)熱源需要耗費(fèi)較大的冷卻能力并且需要保持逡逑的溫度裕度，大部分設(shè)計(jì)方案都基于ＣＩＣＣ，包含一定數(shù)量的超導(dǎo)線與銅線逡逑在一起，插在結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的材料中，具有不同的空隙率（ＶＦ），強(qiáng)迫超臨界氦逡逑－Ｈｅ）循環(huán)流動(dòng)［４］。逡逑ＣＩＣＣ的特點(diǎn)在于超導(dǎo)體和冷卻氦之間大的熱傳導(dǎo)系數(shù)與大的浸潤面，并且逡逑低溫栗的功率可能是個(gè)問題，長導(dǎo)體中尤其如此，盡管有限的液氦量限制了逡逑換熱量，相對于液氦浴冷卻磁體，，超臨界氦的冷卻被證明可以提供更大的穩(wěn)逡逑度。逡逑

溫研究的中心。在這里，Ｏｎｎｅｓ改進(jìn)了邋Ｊａｍｅｓ邋Ｄｅｗａｒ發(fā)明制備了液氫和液氦。逡逑超的低溫物理實(shí)驗(yàn)技術(shù)作為工具，Ｏｎｎｅｓ開始驗(yàn)證低溫下金由于金屬材料內(nèi)部的雜質(zhì)或缺陷會(huì)嚴(yán)重地影響材料的電阻，度極高的金屬材料。汞是一種沸點(diǎn)很低的金屬，它可以通過，并且可以和電極凝固在一起而大大減小接觸電阻，所以被年荷蘭萊頓實(shí)驗(yàn)室的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)員做實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)在４．２邋Ｋ以實(shí)突然降到了零。Ｏｒｍｅｓ將該現(xiàn)象命名為“超導(dǎo)”。在后續(xù)他很多金屬也存在超導(dǎo)現(xiàn)象。逡逑個(gè)世紀(jì)的艱辛發(fā)展，在１９８７年之后超導(dǎo)材料的探索進(jìn)入了１９８７年１２月，在Ｂｉ－Ｓｒ－Ｃａ－Ｃｕ－０中發(fā)現(xiàn)了邋１１０Ｋ的超導(dǎo)現(xiàn)系超導(dǎo)體屬于銅氧化物超導(dǎo)體，它由一些列鈣鈦礦型單元它們主要有三類：Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃｕ０６（簡稱２２０１，最高Ｔｃ＝２０８（簡稱邋２２１２，最高邋Ｔｃ＝９５Ｋ）、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３０８（簡稱邋２２２它們的主要區(qū)別在于Ｃｕ－０層數(shù)目的不同，如圖１．２所示。逡逑
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TL631.24

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1 何宇翔;高溫超導(dǎo)Bi2212 CICC交流損耗特性與實(shí)驗(yàn)裝置研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2019年

本文編號：2642616