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聚变堆多扰动谱极端服役工况高温超导ReBCO-CICC稳定性机理研究

批准号:
52077211
项目类别:
面上项目
资助金额:
59.0 万元
负责人:
郑金星
学科分类:
超导与电工材料
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
郑金星

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
极端复杂多扰动模式下(电磁循环、横向负载、交流损耗及强中子核热)大载流高温超导ReBCO-CICC稳定性机理,是影响未来中国聚变工程实验堆CFETR高温超导内插磁体设计和安全运行的关键难题。目前高温超导ReBCO-CICC稳定性机理缺乏数学模型和作用机制系统研究:(1)拟在10-15MA等离子电流、12-20T背场、20-50kA载流尺度上,发展适用于聚变堆ReBCO-CICC临界特性定标率模型和稳定性计算方法;(2)结合实验得到聚变堆ReBCO-CICC电磁循环、横向负载、交流损耗和中子核热效应与稳定性(温度裕度ΔT、能量裕度ΔE、最小失超能MQE)相互作用规律;(3)建立外场加载和瞬态电流快速变化条件下的ReBCO-CICC稳定性裕度测试平台,研究聚变模拟工况扰动模式(电磁扰动、机械扰动)与稳定性裕度及失超响应变化规律,为未来CFETR中心螺管高温超导内插磁体的安全运行提供科学支持。
英文摘要
The stability mechanism of high current-carrying high-temperature superconducting (HTS) ReBCO-CICC under the condition of complex and multi-disturbance operation of fusion device (electromagnetic cycles, transverse load, AC loss, intense neutron nuclear heat etc.), is one of the key bottlenecks in design and safe operation of HTS magnets in CFETR. Given that systematic research on the stability mechanism and mathematical model of high current-carrying HTS ReBCO-CICC is still in deficiency, the following aspects will be the focus of the research: (1) proposal of a critical characteristic scaling rate model and calculation method on stability for HTS ReBCO-CICC in fusion device under the condition of 10~15MA plasma current, 12~20T back field and 20~50kA current-carrying will be carried out. (2) with experiments, exploring the interaction between stability mechanism (temperature margin Δ T, energy margin ΔE, minimum quenching energy MQE) and cumulative hot spot effect based on transverse load effect of electromagnetic cycles, AC loss and neutron nuclear heat of HTS ReBCO-CICC in fusion device. (3) establishing a stability margin test platform of HTS ReBCO-CICC based on external field load and rapid change of transient current. The variation of disturbance mode of fusion simulation conditions (electromagnetic disturbance, mechanical disturbance) and stability margin and quenching response shall be studied which shall provide scientific support for the safe operation of HTS embedded magnets in CFETR center solenoid in the future.
极端复杂多扰动模式下(电磁循环、横向负载、交流损耗及强中子核热)大载流高温超导ReBCO-CICC稳定性机理,是影响未来中国聚变工程实验堆CFETR高温超导内插磁体设计和安全运行的关键难题。本项目面向聚变高载流运行需求,开展了极端服役工况高温超导ReBCO-CICC临界特性衰退及定标率模型研究,中子核热和交流损耗能量沉积与稳定性裕度作用机理研究,电磁循环横向负载效应驰豫行为与能量裕度规律研究,以及聚变堆大载流高温超导ReBCO-CICC稳定性安全阈值规律研究,为聚变高场高温超导磁体的设计和研制奠定了技术基础。.高温超导带材的离子和伽玛射线辐照实验方面,首次研究辐照对弯曲带材临界电流密度的影响,在30K至85K的不同温区下,当辐照剂量累积至3×10^14p/cm^2时,临界电流密度上升约12%,建立应变、辐照、磁场综合作用下临界特性数据库,实现临界电流定标率模型修正,与实验结果之间的误差小于1%。建立多种优化方法实时协同仿真的新多尺度方法,提出一种新型的多层变角度降低损耗设计,抑制最外层电流分布,实现整体交流损耗降低。基于建立的定标率数据库,建立REBCO-CICC导体稳定性分析模型,实现聚变堆动态工况下多热负荷耦合的快速精确加载,热负荷加载的空间精度优于10^-2m,时间精度优于0.1s,完成在极端运行工况下导体运行裕度精确计算,为导体设计优化提供理论支撑。完成柔性CORC导体、REBCO-CICC导体子缆临界特性试验,柔性CORC导体实现载流达到10.5kA@10K,1.5T,实现百米级CORC缆线批量化制备,为下一步开展更高载流密度TMMC导体设计和研制奠定了技术基础。项目执行期间发表SCI论文19篇,其中包括一区Superconductor Science and Technology、Nuclear Science and Techniques期刊8篇,申请发明专利7项,在第27届和28届国际磁体技术大会MT28、第16届欧洲应用超导大会EUCAS等国际学术会议做邀请和口头报告7次,获2024年“中国电工技术学会科学技术奖”科技进步一等奖 (排名第一),2021年度“中国电工技术学会科学技术奖”科技进步一等奖(排名第二),2023年“中国电工技术学会青年科技奖”。
复杂电磁环境下聚变高温超导中心螺管磁体的磁滞损耗机理研究
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