[发明专利]一种基于ReBCO超导D形环片的传导冷却环向磁体

说明书

本发明公开了属于超导磁体应用技术领域的一种基于ReBCO超导D形环片的传导冷却环向磁体。传导冷却环向磁体由多个相同的单元环向场磁体沿环向均匀分布、组合构成，其中，单元环向场磁体由N片超导D形环片、N+1片冷却片交替堆叠、固定得到，N为正整数；N+1片冷却片包括冷却部分和矩形连接头，冷却部分上下表面均涂覆绝缘层或均放置绝缘片，冷却部分尺寸、形状均与超导D形环片相同，且沿径向切割有能避免产生涡流的切口；矩形连接头用于连接制冷机。本发明提供的传导冷却环向磁体具有操作简便、冷却效率高、漏热小的优点，能够实现磁体不同冷却温度的要求。

技术领域

本发明属于超导磁体应用技术领域，特别涉及一种基于ReBCO超导D形环片的传导冷却环向磁体。

背景技术

随着高温超导生产技术的发展，具有高电流密度的ReBCO(稀土系钡铜氧，Re为Y、Sm或Nd)涂层导体的制备技术得到提高，并将其应用于高温超导磁体的制造技术中。高温超导环型磁体是高温超导磁体的一种结构形式，它最重要和最有前景的应用场合是高温超导环型磁储能磁体和高温超导托卡马克环向磁体。环向磁体是由数个完全一样的单元线圈沿一个大环均匀分布而成的磁体，能够产生大空间稳定的高强度磁场。目前大多数磁体采用真空低温杜瓦浸泡式冷却，一般有液氮和液氦两个温区实现磁体的冷却，而且在液氦温区下冷却磁体所需的成本很高，冷却系统庞大而且复杂，故此，采用制冷机来冷却高温超导磁体，可以实现不同温度的需求，而且成本较低，冷却系统简单易实现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于ReBCO超导D形环片的传导冷却环向磁体，具体技术方案如下：

一种基于ReBCO超导D形环片的传导冷却环向磁体由多个相同的单元环向场磁体沿环向均匀分布、组合构成，所述单元环向场磁体由N片ReBCO超导D形环片、N+1片冷却片交替堆叠、固定得到，其中N为正整数，D形环片为半圆形环片；

其中，ReBCO超导D形环片的D形内环1个拐角或2个拐角处切割圆形定位孔。

其中，D形内环2个拐角切割圆形定位孔的D形环片轴对称。

所述ReBCO超导D形环片由自下至上依次排列的衬底、缓冲层、ReBCO薄膜和保护层组成；其中，衬底材料为Ni、NiW、哈氏合金或不锈钢；缓冲层为绝缘性金属氧化物；保护层为银薄膜保护层或铜薄膜保护层。

其中，缓冲层利用离子束辅助沉积技术或倾斜基底沉积技术沉积，所述ReBCO薄膜利用金属有机化学气相沉积、脉冲激光沉积法或溅射法沉积。

其中，N片ReBCO超导D形环片的堆叠方向一致。

其中，冷却片包括冷却部分和矩形连接头，冷却部分上下表面均涂覆绝缘层或均放置绝缘片，冷却部分尺寸、形状均与ReBCO超导D形环片相同，且沿径向切割有能避免产生涡流的切口，具体为沿内环至冷却片边缘连接处切割狭缝；由冷却部分延伸出的矩形连接头用于连接位于环向磁体中心的制冷机。

其中，N+1片冷却片堆叠角度均相同、连接头均设置定位连接孔，采用软连接将连接头与制冷机连接。

其中，冷却片为裸铜或裸铜合金片。

其中，冷却片冷却部分上下放置的绝缘片形状、尺寸与ReBCO超导D形环片相同，为有机绝缘片、牛皮纸或环氧薄片；冷却片冷却部分上下表面涂覆的绝缘层材料与所述绝缘片材料相同。

其中，传导冷却环向磁体的固定包括单个单元传导冷却磁体的固定和整个传导冷却环向磁体的固定，可采用在单个单元传导冷却磁体的两侧堆加法兰、钢铠，利用无磁的螺栓、螺母实现固定，采用现有的托克马克装置的固定方法，利用支撑筒、不锈钢支架等实现整体环向磁体的固定；其中，固定材料优选为不锈钢、环氧玻璃钢。