[發明專利]超導材料的臨界電流測量方法、系統及介質

有效

• 申請號: 201910745143.8
• 申請日: 2019-08-13
• 公開（公告）號: CN110426661B
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發明（設計）人: 李小汾;陳怡文
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01R33/12
• 分類號: G01R33/12
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 莊文莉

本發明提供了一種超導材料的臨界電流測量方法、系統及介質，包括：時變電流加載步驟：在樣品中通以時變電流；磁場測量步驟：將包括感性線圈的傳感器設置在預設位置，通過傳感器測量樣品周圍的磁場分布，獲得測量信息；臨界電流判斷步驟：根據獲得的測量信息，判斷樣品是否達到臨界電流狀態以及樣品在時變電流加載步驟中的哪一時刻達到臨界電流，并獲得樣品的臨界電流。本發明經過短樣的實驗，在電流遠遠大于樣品臨界電流(臨界電流300A的樣品中通過550A電流)的情況下，多次重復實驗，避免了樣品的燒壞。

技術領域

本發明涉及超導材料或應用超導領域，具體地，涉及超導材料的臨界電流測量方法、系統及介質。尤其的，涉及利用脈沖電流的超導材料臨界電流感應測量方法，實現對于非理想第二類超導體的臨界電流測量。

背景技術

一、超導體和臨界電流

在低溫狀態下進入電阻變為零的超導宏觀量子態，是超導材料最大的特點。針對這一奇特的現象，人們在電力、磁體等強電領域提出了許多奇思妙想的應用。然而，超導材料真正應用于無阻的高密度電流傳輸，是在超導現象發現后的50年左右之后。

對于超導材料的強電應用而言，臨界電流，或者臨界電流密度，是一個非常關鍵的參數，它指的是超導材料可以保持無阻特性加載的最大電流/電流密度。早先的超導材料，在很小的電流密度之下，就失去了無電阻的特性，甚至在電流感生的磁場下，發生相變失去超導狀態。上世紀60年代，非理想第二類超導體材料的深入研究與技術發展(NbTi,Nb3Sn等材料)，才讓超導體可以加載遠高于銅導線的電流，而仍然處于無電阻狀態，使超導體的強電應用變成可能。這一技術催生了核磁共振磁體、強場磁體、大科學裝置等超導設備。

應用超導材料發展的另一個里程碑是1987年，轉變溫度高于液氮溫度的陶瓷高溫超導材料的出現。鑒于液氮的低廉價格，高溫超導材料在電力等大規模，經濟性主導的應用中充滿了前景，高溫超導材料一面世，當年就成就了一對諾貝爾物理學獎得主。然而由于高溫超導材料的種種特性，主要是低相干長度和高各向異性，導致其加工工藝遠比低溫超導材料復雜。不管是以Bi2223為主材料的第一代高溫超導導線，還是以REBCO為主材料的第二代高溫超導導線，在目前相對成熟的工藝中，只能被加工成寬而薄的扁帶形狀。直到近40年后的今天，經過幾代材料工作者的不懈努力，高溫超導材料才逐步地走向了商業化。尤其是近幾年，REBCO涂層導體主導的高溫超導應用項目在國內外如火如荼地發展起來。在這樣的背景下，許多超導導線的用戶對超導帶材提出了較高的測量要求。比如在電纜應用和限流器應用中，用戶希望得到高分辨率(比如每厘米一個數據點)的傳輸測量臨界電流數據。目前的技術完全無法滿足用戶的需求。同時，鑒于長帶測量的困難，長帶臨界電流這項重要的行業標準遲遲不能形成。

二、臨界電流的測量

隨著超導體應用規模的增加，高溫超導長帶臨界電流的測量問題變得異常重要。

對于傳統的實用低溫超導材料NbTi和Nb3Sn，其①加工的低難度和高成品率，②大規模測量對液氦不經濟的消耗和③低阻金屬基體對超導多芯起到的天然分流作用，讓長帶臨界電流測量在低溫超導體應用中的重要性遠不如在高溫超導材料中的情形。