[發(fā)明專利]環(huán)向場(chǎng)線圈的中心柱

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201980011034.1
• 申請(qǐng)日: 2019-01-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111758140B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅伯特·斯萊德
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 托卡馬克能量有限公司
• 主分類號(hào): H01F6/06
• 分類號(hào): H01F6/06;G21B1/05;H01B12/00
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 羅松梅

描述了在具有中心柱的環(huán)向場(chǎng)線圈中使用的HTS組件。所述HTS組件包括被布置為穿過(guò)所述中心柱的多個(gè)HTS帶的平行陣列，每個(gè)陣列包括多個(gè)HTS帶，所述多個(gè)HTS帶被布置為使得陣列中所有帶的c軸彼此平行，并且所述HTS帶的HTS層中的平面垂直于所述中心柱的第一半徑。每個(gè)HTS帶具有c角，所述c角是所述HTS帶的所述HTS層的平面的垂線與所述帶的所述c軸之間的角度。所述多個(gè)陣列包括第一陣列組和第二陣列組。所述第一陣列組內(nèi)的每個(gè)陣列包括具有第一c角的第一類型的HTS帶，而所述第二陣列組內(nèi)的每個(gè)陣列包括具有第二c角的第二類型的HTS帶，所述第二c角大于所述第一C角。所述第一陣列組被布置為比所述第二陣列組更靠近所述第一半徑。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高溫超導(dǎo)體(HTS)。特別地，本發(fā)明涉及包括HTS的環(huán)向場(chǎng)線圈的結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

超導(dǎo)材料通常被分為“高溫超導(dǎo)體”(HTS)和“低溫超導(dǎo)體”(LTS)。LTS材料(諸如，Nb和NbTi)是可以通過(guò)BCS理論來(lái)描述其超導(dǎo)性的金屬或金屬合金。所有低溫超導(dǎo)體都具有低于約30K的臨界溫度(高于該溫度，即使在零磁場(chǎng)下也無(wú)法使材料超導(dǎo))。不能通過(guò)BCS理論來(lái)描述HTS材料的行為，并且此類材料的臨界溫度可能高于約30K(盡管應(yīng)注意的是，定義HTS材料的是超導(dǎo)操作和組成的物理差異，而非臨界溫度)。最常用的HTS是“銅酸鹽超導(dǎo)體”-基于銅酸鹽(包含氧化銅族的化合物)的陶瓷，諸如BSCCO或ReBCO(其中Re是稀土元素，通常為Y或Gd)。其他HTS材料包括鐵磷化物(例如，F(xiàn)eAs和FeSe)和二硼酸鎂(MgB₂)。

ReBCO通常被制造為帶，其結(jié)構(gòu)如圖1中所示。這種帶500通常為約100微米厚，并且包括襯底501(通常為電拋光的哈氏合金，約50微米厚)，通過(guò)IBAD、磁控濺射或另一合適的技術(shù)在其上沉積一系列緩沖層，被稱為緩沖堆502，約0.2微米厚。外延ReBCO-HTS層503(通過(guò)MOCVD或另一合適的技術(shù)沉積)覆蓋15緩沖堆，并且通常為1微米厚。通過(guò)濺射或另一合適的技術(shù)在HTS層上沉積1-2微米的銀層504，并且通過(guò)電鍍或另一合適的技術(shù)將銅穩(wěn)定劑層505沉積在帶上，這往往將該帶完全封裝。

襯底501設(shè)置了可以通過(guò)生產(chǎn)線饋送的機(jī)械主體，并且允許后續(xù)層的生長(zhǎng)。需要緩沖堆502設(shè)置其上生長(zhǎng)了HTS層的雙軸織構(gòu)的結(jié)晶模板，并且防止元素從襯底到HTS的化學(xué)擴(kuò)散，這種化學(xué)擴(kuò)散破壞了其超導(dǎo)特性。需要銀層504設(shè)置從ReBCO到穩(wěn)定劑層的低電阻界面，并且在ReBCO的任何部分停止超導(dǎo)(進(jìn)入“正常”狀態(tài))的情況下，穩(wěn)定劑層505設(shè)置備選的電流路徑。

另外，可以制造“剝離的”HTS帶，該HTS帶缺少襯底和緩沖堆，而是在HTS層的兩側(cè)具有銀層。具有襯底的帶將被稱為“襯底”HTS帶。

圖2示出了ReBCO帶200，該圖示出了將在本文檔中使用的x，y，z坐標(biāo)系。Y軸沿帶的長(zhǎng)度(即，使用帶時(shí)的電流方向)，x軸沿帶的寬度(即，在帶的平面中垂直于y軸)，z軸垂直于x和y軸(即，垂直于帶的平面)。

圖3示出了示例性ReBCO帶在x/z平面中的橫截面。ReBCO層本身是結(jié)晶的，并且ReBCO晶體的主軸被顯示為帶中的一點(diǎn)。以簡(jiǎn)化形式顯示ReBCO帶，該ReBCO帶具有HTS層301、銅包層302和襯底303。ReBCO的晶體結(jié)構(gòu)具有相互垂直的三個(gè)主軸，在本領(lǐng)域中將其稱為a、b和c。出于本公開(kāi)的目的，我們忽略了臨界電流對(duì)ab平面中的磁場(chǎng)分量的定向的任何依賴性，因此a軸和b軸可以被認(rèn)為是可互換的，所以它們僅被視為a/b平面(即，由a軸和b軸定義的平面)。在圖3中，ReBCO層301的a/b平面被示出為垂直于c軸320的單線310。