[发明专利]两个超导体的末端件之间的超导连接和建立这种连接的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在至少两个超导体的末端件之间的超导连接或超导连接装置，所述超导体各自具有由常导材料构成的基质和至少一个由超导材料构成的导体引线，其中，在套管或套筒中的连接区内，

—所述末端件的导体引线以至少部分去除所述基质材料的方式进行布置，以及

—还存在有超导接触材料，所述超导接触材料至少位于所述导体引线之间的区域内。

相应的超导连接和建立这种连接的方法可从DE 34 13 167 A1中获得。

背景技术

使用LTC(低临界温度，Low-T_c)超导材料或HTC(高临界温度，High-T_c)超导材料的超导体通常被制成导体长度有限的单芯导体或多丝导体。在这类导体采用相应的导体结构的情况下，至少一个超导导体引线(或至少一个超导导体线丝)嵌在由常导材料构成的基质中。用这类超导体制备超导装置(例如磁体绕组)时，需要使相应导体的末端件彼此接触或彼此相连。

某些超导磁体绕组，例如用于磁共振断层摄影仪(又称“核磁共振(NMR)断层摄影仪”)的超导磁体绕组，须在所谓的“持续电流模式”(英文为“persistent current mode”)下工作。为此须将磁体绕组短接，使设定的磁体绕组电流在没有电源的情况下在时间上实际不受限地继续流动。但这要求磁体绕组的通电回路实际不具有电阻。为此也须在单个超导体之间建立超导连接。但这种超导连接对磁场的反应很灵敏。也就是说，当磁场或磁感强度超过某个极限值(通常介于1特斯拉和2特斯拉之间)时，连接就会显示出一定的电阻，从而使持续电流模式无法实现。在磁感强度为3特斯拉或以上的超导强磁体情况下，这会带来问题，因为连接须建立在本地磁场低于上述极限值的位置上。当磁场极强时，甚至无法建立连接。

例如《IEEE应用超导学报》(第9卷，第2号，1999年6月，第185至187页)中公开过一种位于两个超导体的末端件之间的超导连接。建立这个连接时，例如通过蚀刻技术使超导体待连接末端件处的线丝裸露，随后将超导焊料用作接触材料来使这些线丝彼此相连。通常将铅化合物用作焊料，例如合金Pb27-Bi50-Sn12-Cd10(即所谓的“伍德合金”)或基于Pb-Bi合金或Pb-Bi-Sn合金的类似焊料。所有这些焊料在温度为4.2K(即常压下的液氦温度)时均具有最高约为2特斯拉的上临界磁场Bc2。超过这个临界磁场的磁场会使焊料失去其超导性能，因而通常不适用于强磁场接触的建立。

从《低温工程》(第30卷(增刊)，1990年，第626至629页)中可获知适用于两个超导体的末端件的其他连接技术。此处并不使用具有辅助建立/促进接触作用的中间材料，而是借助点焊(通过对压力和温度的应用)直接将超导体连接或挤压在一起。但相应连接的载流能力通常低于导体本身。其中所出现的问题是，线丝允许进行点接触，但不允许大面积接触。而随着磁场强度的增大，载流能力会进一步减小，因此，即便是这种连接，其对于很多超导强磁场接触而言也是不适用的。

从开篇所提及的DE 34 13 167 A1中可获得一种在超导体之间建立超导接触的方法，其中，在由导体原料构成的导体末端件处，在套管中对不具有基质材料的导体引线和某种用作中间材料的粉末材料一起进行加压处理和热处理。所用的粉末材料所需满足的条件是，在上述处理中借助所选粉末材料进行处理也能将导体原料转变成超导材料。但这一过程需要使用例如超过600℃的高温。因此，这种已知方法极为复杂，在很大程度上不具备可用性。

发明内容

本发明的目的是在超导体之间的末端件处建立连接或连接装置，这种连接或连接装置一方面在其载流能力不发生下降的情况下可实现高达1特斯拉、特定而言高达2特斯拉以上的磁感强度，此外还易于建立。本发明的另一目的是提供一种以简单的方式建立相应连接的适当方法。

与开篇所述类型的超导连接相关的目的通过根据权利要求1所述的特征而达成。据此，在与开篇所述特征相关的连接中，应将二硼化镁(MgB₂)选用为接触材料。

超导连接的这种建构方案的优点主要在于，所述连接

—可应用于强磁场，

—易于建立，成本低廉，

—通常只需对待连接部件进行挤压处理，这样就无需进行特殊的热处理，

—坚固且稳定，特别是相对于磁通跳跃而言，以及

—无需像已知焊料连接那样使用从环保角度看令人担忧的铅。