[發(fā)明專利]一種基于ReBCO各向同性超導(dǎo)股線的盧瑟福電纜

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• 申請日: 2017-07-27
• 公開（公告）號: CN107346681A
• 公開（公告）日: 2017-11-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王銀順;闞常濤;薛濟萍;吳姜;李彥;侯言兵
• 申請（專利權(quán)）人: 華北電力大學(xué);江蘇中天科技股份有限公司
• 主分類號: H01B12/08
• 分類號: H01B12/08
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11246
• 代理人: 朱琨

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于超導(dǎo)電工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于ReBCO各向同性超導(dǎo)股線的盧瑟福電纜。

背景技術(shù)

隨著科技的不斷發(fā)展，受控制的核聚變有望成為一種高效率、無污染、可持續(xù)發(fā)展的新能源。當(dāng)前核聚變反應(yīng)的主要裝置為托克馬克反應(yīng)堆，它的磁體系統(tǒng)由超導(dǎo)大型磁體線圈構(gòu)成，磁體線圈產(chǎn)生磁場約束等離子體的運動并進行核聚變反應(yīng)，反應(yīng)堆的大型超導(dǎo)磁體線圈包括環(huán)向磁體線圈、極向磁體線圈、中心螺線管等。例如在ITER(國際熱核實驗反應(yīng)堆)中，反應(yīng)堆需要產(chǎn)生一個中心磁場強度達6.3T、中心線長度為34.1m的等離子體圓環(huán)。為了產(chǎn)生上述大小的等離子體圓環(huán)，磁體系統(tǒng)中的環(huán)向磁體線圈由18個運行電流為9.1MA，直徑12.6m，寬度為8.1m的D形線圈排列組成。D形線圈繞組由144根低溫超導(dǎo)體Nb3Sn大電流電纜構(gòu)成，每根大電流超導(dǎo)電纜的運行電流為67.91kA，運行時所承受的外部磁場為10.8T。與ITER相比，歐洲核聚變能源發(fā)展聯(lián)盟等合作機構(gòu)計劃建設(shè)世界上第一個DEMO(核聚變演示發(fā)電廠)，DEMO設(shè)計的核聚變功率更大、輸出電網(wǎng)功率更高，因此DEMO核聚變裝置需要一個更大的等離子體容積和中心磁場強度高達6.85T的等離子體圓環(huán)。為了滿足這些要求，需要增大DEMO中超導(dǎo)大型磁體線圈的尺寸和提高磁體線圈的運行電流密度，進而需要增大構(gòu)成磁體線圈的大電流超導(dǎo)電纜的臨界電流和穩(wěn)定性。而大電流低溫超導(dǎo)電纜在制作高場磁體線圈時，運行電流密度低、臨界磁場強度低、運行溫度域度小、拉伸機械性能差，此時再利用低溫超導(dǎo)體來制作大電流超導(dǎo)電纜已不能解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述技術(shù)背景中大電流低溫超導(dǎo)電纜在制作高場磁體線圈時，運行電流密度低、臨界磁場強度低、運行溫度域度小、拉伸機械性能差等問題，本發(fā)明提出了一種基于ReBCO各向同性超導(dǎo)股線的盧瑟福電纜。所述電纜的截面為長方形，由金屬護套4、ReBCO各向同性超導(dǎo)股線5，中心導(dǎo)體6和冷卻通道8組成，多根ReBCO各向同性超導(dǎo)股線5以電纜軸線為基準，按一定角度α圍繞著中心導(dǎo)體6螺旋纏繞一周，各股線在冷卻通道8中緊密排列且相互平行，并在多根ReBCO各向同性超導(dǎo)股線5的外圍加裝長方形金屬護套4，ReBCO各向同性超導(dǎo)股線5之間形成一定電纜扭矩以實現(xiàn)完全換位。

所述ReBCO各向同性超導(dǎo)股線5的截面為圓形，由包覆層1，填充材料2和ReBCO超導(dǎo)線芯3組成，包覆層1包裹超導(dǎo)線芯3和填充材料2。

所述ReBCO超導(dǎo)線芯3的截面為正方形，由四個相同的正方形截面的二級超導(dǎo)線芯組成，四個二級超導(dǎo)線芯按中心對稱方式分布。

所述二級超導(dǎo)線芯由三根長方體結(jié)構(gòu)的ReBCO涂層導(dǎo)體并排排列成截面為正方形的結(jié)構(gòu)，左上方和右下方的二級超導(dǎo)線芯為豎直排列結(jié)構(gòu)，左下方和右上方的二級超導(dǎo)線芯為水平排列結(jié)構(gòu)。

所述包覆層1采用激光Ag焊接技術(shù)對縫焊接。

所述金屬護套4的外表面為長方體結(jié)構(gòu)，截面為矩形，由兩個相同的半護套焊接而成，中間掏空部分的尺寸形狀與排列好的ReBCO各向同性超導(dǎo)股線5的尺寸相吻合，制作材料可選用銅，鋁，不銹鋼。

所述冷卻通道8用來流通液氦或超流液氦冷卻介質(zhì)進行冷卻。

所述中心導(dǎo)體6的截面由中間部分的長方形和兩邊的半圓形組成，制作材料可以選用銅，鋁材料。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明提出的一種基于ReBCO各向同性超導(dǎo)股線的高載流盧瑟福電纜，具有臨界電流各向同性較好、運行溫度高、運行電流密度大、機械特性好、易于彎曲，生產(chǎn)工藝簡單、成熟，適合大規(guī)模生產(chǎn)，拓展了ReBCO各向同性超導(dǎo)股線在核聚變大型超導(dǎo)磁體線圈等裝置中的應(yīng)用。

附圖說明

附圖1為ReBCO各向同性超導(dǎo)股線盧瑟福電纜的三維結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖2為ReBCO各向同性超導(dǎo)股線盧瑟福電纜的截面示意圖；

附圖3為單個ReBCO各向同性超導(dǎo)股線的結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖標記：1-包覆層，2-填充材料，3-ReBCO超導(dǎo)線芯，4-金屬護套，5-ReBCO各向同性超導(dǎo)股線，6-中心導(dǎo)體，7-焊縫，8-冷卻通道；

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細說明。