[发明专利]在高磁场下使用的二硼化镁超导线圈的超导接头

说明书

技术领域

本发明涉及一种在高磁场下使用的二硼化镁超导线圈的超导接头。

背景技术

超导体的基本特性之一是所谓的零电阻效应，即当超导体所处的环境温度低于其临界超导转变温度时，超导体就会失去电阻，此时在超导体内的电流处于无能量损耗流动状态。这种电流无损耗流动对电磁体科学和实际应用有着非常重要的意义。用常规导体(例如铜或铝)绕制的电磁体(以下简称磁体)不但体积庞大，运行时还要消耗大量的电能。也是由于能耗的原因，使得高磁场常导磁体成为不可能。与之相比，用超导体绕制的磁体体积很小，并且一次充电后可以数十年长期稳定运行而不需要补充能量。随着新型超导体的不断发现和超导材料制造技术不断取得进展，超导磁体正在得到越来越广泛的实际应用并成为必不可少的技术手段，例如正在广泛应用的磁共振成像，选矿，污水处理，晶体生长等技术都离不开超导磁体。

一般来说，超导磁体是一个超导线绕制的螺线管线圈，线圈的超导线首尾相连，形成一个闭合的超导回路，当有超导电流在其中流动时叫做闭环运行。由于超导磁体整个超导回路没有电阻，闭环运行时电流在磁体中流动几十年也不会有明显的衰减。这保证了磁场的常年稳定运行以及节省大量电能。在超导磁体中，超导接头是一个非常重要的部分。在两种情况下磁体需要用到超导接头。一种是为了使超导线圈形成闭合回路，需要将导线首尾相连。在这种情况下，通常将控制超导线圈的热开关超导线串联进去，形成线圈超导线-热开关超导线-线圈超导线的导线连接顺序，这就需要制作两个超导接头。第二种情况是，在超导线圈的绕制过程中有时一根超导线的长度不够制作整个线圈，需要连接另外一根或数根超导线，这就需要制作多个超导接头。

超导接头的制作质量直接影响磁体的性能。一般来说，超导接头处的载流能力低于超导线本身，这是因为两根导线的晶粒连接时会形成所谓的弱连接，形成弱连接的接头，在载流情况下，受外磁场的影响非常大，通常很小的磁场就可以使无阻电流大幅度下降。超导磁体在低温下运行，为了最大限度地减少不必要的能量损耗，容纳超导磁体的低温容器通常都制作得很紧凑，因此超导接头的放置位置没有更多选择，不得不放置在磁场中。这时，只有将磁场屏蔽掉，超导接头才能正常工作。

发明内容

一、要解决的技术问题

二硼化镁(MgB₂)是本世纪初发明的一种新型超导材料，可以工作在绝对温度4K到39K的温度范围内，与常规超导材料相比，二硼化镁超导体的工作温度高，可以方便地使用传导冷却来提供工作环境，这可以免除使用液氦做制冷剂，有利于超导磁体在偏远地区的应用，例如磁共振成像设备在农村的普及，是非常有希望的下一代实用超导材料。与常规超导材料相比，二硼化镁的超导相干长度较短，更容易形成弱连接，所以磁屏蔽对二硼化镁接头尤为重要，直接关系到线圈是否可以工作。二硼化镁超导线材的开发经过十多年的努力已经有了很大的进展，数公里长度的线材商业化已经成功，其载流能力已经接近常规低温超导体的水平。目前二硼化镁没有获得大规模应用，很大的原因是超导接头的载流能力不过关。

二、技术方案

为解决上述技术问题，本发明在高磁场下使用的二硼化镁超导线圈的超导接头，包括有超导屏蔽桶及与其配合使用的超导屏蔽桶盖，上述超导屏蔽装置内设有超导接头，其中，上述超导接头连接了一根二硼化镁超导线的两端，上述超导屏蔽桶及超导屏蔽桶盖由高温超导块材制成，上述高温超导块材采用顶部籽晶熔融织构生长工艺加工成型的ReBa₂Cu₃O_7-δ畴材料，其Re为Y、La、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb或者Lu；上述二硼化镁超导线的运行温度为4~30K。

作为优化，上述二硼化镁超导线在4~30K温度区间运行的电阻小于10^-11欧姆。

上述高温超导块材是一族稀土-钡-铜氧化物ReBa₂Cu₃O_7-δ(Re代表稀土元素镧(La)，钕(Nd)，钐(Sm)，铕(Eu)，钆(Gd)，镝(Dy)，钬(Ho)，铒(Er)，铥(Tm)，镱(Yb)，镥(Lu)，钇(Y))，用顶部籽晶熔融织构生长工艺将其制备成单畴或几个畴的块材。