[发明专利]一种基于分瓣堆叠结构的高载流高温超导复合化导体

说明书

本发明公开了一种基于分瓣堆叠结构的高载流高温超导复合化导体。该复合化导体由外方内圆的不锈钢制铠甲以及其中的四根同型号高温超导电缆组成。所述四根高温超导电缆的结构由外向内分别为：绝缘包套，铝制护套，四瓣外侧开有方形槽的四分之一圆环形铜制基体，以及分别嵌入铜制基体方形槽内的四组钇钡铜氧高温超导带堆叠。所述铜制基体、钇钡铜氧高温超导带材堆叠与铝制护套之间通过焊锡固定；所述铝制护套上开有等距的冷却孔以加强导体冷却能力。本发明结构紧凑，在高背景磁场条件下具有较高的载流能力，同时抗干扰能力强，稳定性裕度高，适用于包括磁约束聚变堆超导磁体在内的多种高场超导电缆应用场景。

技术领域

本发明属于超导电工领域，具体涉及一种基于分瓣堆叠结构的高载流高温超导复合化导体结构设计及其加工制造关键工艺。

背景技术

超导磁体系统是磁约束聚变装置中最重要的子系统之一，磁体系统通过产生具有特定位形的强磁场对高参数等离子体进行约束，使其能够安全稳定地进行聚变反应。想要获得高参数稳定等离子体放电，在高背景场下具有良好临界特性的磁体系统必不可少。目前托卡马克装置基本已经放弃常规导体磁体，全部采用超导材料制作磁体系统。随着聚变堆磁体系统磁场强度等参数的提高，传统低温超导导体上临界磁场强度低、在高背景磁场下的临界电流衰退严重，工作电流密度有限等缺点限制了其应用范围；由低温超导导体制成的电流引线，其超导端与电源端温差较大，电流引线漏热成为超导磁体低温系统一大热负荷；同时，低温超导材料在面对多种因素引起的局部热扰动时，其稳定性能量裕度不高。高温超导，通常指转变温度高于液氮温度的超导材料(与已经广泛应用的“低温超导”相对应，并非特指某一温度或温度区间)。目前，实用化的高温超导带材主要包括两种：一种是采用粉末装管法生产的铋系高温超导带材，但是其生产过程中大量使用贵金属银，导致其成本较高，且在高背景磁场下载流能力比较差。以钇钡铜氧化物为代表的第二代高温超导带材(涂层导体)经过十几年的发展，制备工艺逐渐成熟。单根第二代高温超导带材载流能力较小，不足以满足以聚变堆磁体为代表的高载流应用场景；由于第二代高温超导材料为金属氧化物陶瓷材料，脆性较大，机械加工性能差，无法直接用于超导线圈绕制等应用。而本发明中的高温超导复合化导体一定程度上可以克服上述缺点。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于分瓣堆叠结构的高载流高温超导复合化导体，在保证结构紧凑的前提下，在高背景磁场条件下尽量获得更高的载流能力，特殊的结构保证复合化导体的机械强度，面对多种电磁扰动和机械扰动仍能不发生大规模失超，具有较高的稳定性裕度。

本发明的技术方案如下：

本发明提出一种基于分瓣堆叠结构的高载流高温超导复合化导体，包括：高温超导复合化导体外层为横截面外方内圆的钢制铠甲，内含四根相同的高温超导电缆；高温超导电缆最外层包裹有绝缘包套，内层为铝制护套；铝制护套内包括四瓣外侧开有方形槽的四分之一圆环形铜制基体，以及四组分别封装在铜制基体方形槽内的钇钡铜氧高温超导带材堆叠；铜制基体中心冷却孔内通有超临界氦作为冷却剂。

进一步的，所述钇钡铜氧高温超导带材堆叠与铜制基体之间嵌入低温锡箔，所述铜制基体与钇钡铜氧高温超导带材堆叠共同叠包锡箔后穿入铝制护套，随后通过180摄氏度硅油浴加热至锡箔融化，并完全填充钇钡铜氧高温超导带材堆叠、铜制基体与铝制护套间缝隙。

进一步的，铝制护套上按预定间隔开有多组散热孔，每组包括以铝制护套中心线为轴错开30度的两排孔，每排包含六个孔，相邻孔夹角为60度。

进一步的，高温超导电缆中的铜制基体由四瓣相同的长条状铜制基体拼接而成，每瓣截面为外侧开有方形沟槽的四分之一圆环，方形沟槽的尺寸与钇钡铜氧超导带材堆叠相吻合；每根长条状铜制基体均采用热拉拔的工艺一次加工成型。

所述高温超导电缆结构，其中四组钇钡铜氧高温超导带材堆叠在放入铜制基体的方形槽之前，已经通过焊锡进行封装固定，防止高温超导带材层与层之间出现滑移、振动、变形等影响载流能力的变化。

本发明的有益效果在于：