低温/高温复合超导导体的稳定性研究

目前实用的超导磁体均采用传统的低温复合超导导体（NbTi/Cu/Al, Nb3Sn）、CICC导体。为了增加超导导体的低温及动态稳定性，超导材料通常附以大量的高热导率和低电阻率的纯铜或铝作为稳定材料。超导体由超导态向正常态转变的快慢程度由n值描述，低温超导体的n值远大于高温超导体；低温超导体工作温度范围窄，而高温超导体工作温度宽（从液氦温区到液氮温区）。根据两者转变特性和温度范围的不同，本课题提出一种全新结构的复合超导导体概念：将高温超导体部分取代复合实用低温超导导体中的金属稳定材料或两者直接复合成一体，即将低温超导导体与高温超导导体复合成新型结构超导导体。可大大提高提高超导导体的稳定性、工程电流密度及共流温度。本课题的目标是对该复合导体的低温及动态稳定性进行理论研究和试验验证，使超导磁体（尤其高场磁体和制冷机直接冷却无液氦磁体）能够比传统的低温和高温超导磁体运行更稳定、更安全。

目前实用的超导磁体均采用传统的低温复合超导导体（NbTi/Cu, NbTi/Al）、CICC导体。为了增加超导导体的低温及动态稳定性，超导材料通常附以大量的高热导率和低电阻率的纯铜或铝作为稳定材料。超导体由超导态向正常态转变的快慢程度由n值描述，低温超导体的n值远大于高温超导体；低温超导体工作温度范围窄（液氦温区），而高温超导体工作温度宽（从液氦温区一直到液氮温区）。根据两者转变特性和温度范围的不同，课题提出一种全新结构的复合超导导体概念：将高温超导体部分取代复合实用低温超导导体中的金属稳定材料或两者直接复合成一体，即将低温超导导体与高温超导导体复合成新型结构超导导体。.为了实现课题目标，分别对低温、高温超导导体各自电磁特性进行实验研究，建立了计算复合超导导体电流分布模型，低温、高温超导体临界电流比值对稳定性的影响，实验研究该复合超导导体失超传播速度，实验研究该复合超导导体在外界热扰动下的失超恢复问题及抗干扰能力，复合超导复合导体交流损耗，根据实验和理论分析，建立该复合超导导体动态低温稳定判据。通过理论分析，在复合导体中，电流大部分流经低温超导体，随着温度升高，电流逐渐高温超导体转移；复合超导导体最小失超能比低温超导体大1-2个量级，而失超传播速度比低温超导体大1-2个量级, 绝热和动态稳定判据对应的尺寸在高温超导体载流10%的复合导体载流量时，绝热和动态稳定判据对应的尺寸比低温超导体大约3倍；复合导体分流温度比传统的低温超导体高约3K。自场交流损耗在7.5K时，低电流情况下高温超导体产生的交流损耗比低温超导体产生的交流损耗要小大约5个数量级，复合超导体的交流损耗几乎完全由低温超导体产生。设计实用长度超导复合导体结构，复合导体中低温超导体和高温超导体之间的“换位工艺技术”，使得实用长度复合导体电流密度在交流或准交流情况下合理地分布，降低励磁过程中磁体的交流损耗，增加其稳定性。.研究结果表明，与低温超导体相比，复合超导体具有很高的稳定性、可有效地提高工程电流密度及共流温度，该导体用于超导磁体，可使超导磁体（尤其高场磁体和制冷机直接冷却无液氦磁体）能够比传统的低温和高温超导磁体运行更稳定、更安全，具有潜在的实用价值。