[发明专利]超导线变温测量系统的样品测试杆

说明书

技术领域

本发明涉及超导装置领域，尤其是一种用于NbTi超导股线临界性能测试的样品测试杆，具体为超导线变温测量系统的样品测试杆

背景技术

热核聚变实验反应堆中，超导体其性能的优劣会直接影响整个装置的稳定运行，而组成超导导体的超导线，其性能将决定超导导体的性能。对超导线的性能测试是必不可少的一个环节。国际热核聚变实验反应堆(ITER)是目前全球最大的国际合作研究项目，该计划将研究解决核聚变关键技术难题，其中低温超导线材绕制的磁体系统是ITER装置的核心部件。

在国际热核聚变实验堆(ITER)导体设计、生产过程中，需要对ITER PF导体使用的NbTi超导股线临界性能进行测试。ITER PF线圈的CIC导体由扭绞的、多芯的镀Ni NbTi基复合股线组成。多芯复合股线由Nb-Ti丝深嵌在高纯度铜体中。股线加工的最后阶段始于最终复合坯料的组装，由铜基中Nb-Ti棒外包Nb层组成。坯料经过多道次拉拔加工得到最终尺寸的股线。拉拔应和高温热处理交叉进行，以保证α-Ti沉淀的产生并达到高销连接力。

NbTi导体的工作温度是5K，为此要求NbTi导体在高于工作温度1.5K条件下(6.5K温度下)超导临界电流密度不小于其工作电流密度。由国外不同NbTi线临界电流与温度的关系可知，NbTi股线的性能在高温下会有很大的衰退，因此测试NbTi股线在高温下的临界性能极为关健。超导线临界性能测试实验中，采用四引线法进行测量。为了消除边界效应，选取了样品中间50mm的长度进行测量。测试内容主要是同一磁场下不同温度时超导线的临界电流和n值测试。

NbTi超导股线需要放入低温容器中的变温杜瓦进行临界性能测试。由于变温杜瓦内氦气的热容比液氦要小得多，对电流引线发热非常敏感，与常规浸泡式测量的样品杆相比，对电流引线漏热设计以及引线的冷却充分性要求更高。为了精确控制待测样品的环境温度，需要设计一套可靠的样品杆，固定测试超导样品，并在一定的背景磁场中给样品通入直流电流，测试样品临界电流和n值。

发明内容

本发明的目的是提供一种超导线变温测量系统的样品测试杆，以满足NbTi超导股线在高温条件下进行临界性能测试的要求。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

超导线变温测量系统的样品测试杆，包括有壳体，所述壳体上连接有与壳体内部连通的测量线接口和回气管，其特征在于：有一对上端铜棒穿过壳体上端壁、一对下端铜棒穿过壳体下端壁分别伸入壳体中，所述上端铜棒与下端铜棒位置一一相对，位置相对的上端铜棒和下端铜棒之间连接有铜电缆线，从所述下端铜棒位于壳体外的端面处向位于壳体内的下端铜棒开有凹槽，凹槽中设置有高温超导带。

所述的超导线变温测量系统的样品测试杆，其特征在于：所述下端铜棒的棒身上成型有外螺纹。

所述的超导线变温测量系统的样品测试杆，其特征在于：所述铜电缆线表面镀银。

所述的超导线变温测量系统的样品测试杆，其特征在于：所述上端铜棒、下端铜棒与壳体上、下端壁结合处密封设置有环氧材料制成的绝缘环，以隔绝上、下端铜棒和壳体。

所述的超导线变温测量系统的样品测试杆，其特征在于：所述下端铜棒连接在壳体下端壁内壁上，从连接处的壳体下端壁向所述下端铜棒开有凹槽，凹槽中设置有高温超导带。

所述的超导线变温测量系统的样品测试杆，其特征在于：所述高温超导带材料为陶瓷类高温超导材料，可采用高温超导材料YBCO、Bi2212、Bi2223。

本发明中，上端铜棒实验时与样品电源连接；回气管为快卸式，便于和低温泵连接，以达到调节温度；铜电缆线表面镀银，电流引线横截面经过优化设计，通流能力达到600A；测量线接口提供了温度，电压信号；下端铜棒底面开槽，便于高温超导带的焊接；高温超导带一般采用YBCO，Bi2212，Bi2223等高温超导材料，超导引线运行在超导态时电阻为零，可以有效消除焦耳热，同时，作为陶瓷类的高温超导材料其热导率很低，可降低高温超导电流引线从高温区向低温区的传导漏热。

本发明中采用的铜电缆线，增大了其表面积，使之与氦气的热交换更加充分，最下端的高温超导带直接与NbTi样品相连，这样将大大减小其发热，使NbTi样品几乎不受到外界的热扰动。电流引线截面计算采用引线优化设计方案，结合实验装置的实际情况以及NbTi线的临界性能，电流按600A进行优化设计。在下端铜棒的外表面车出外螺纹，当使用真空泵在回气管处抽气时，冷气将沿外螺纹处上升，充分冷却电流引线。

本发明在NbTi超导股线变温性能测试中发挥了重要作用。