面向高场应用的Bi2212高温超导磁体关键科学与技术问题研究
批准号:
U2032216
项目类别:
联合基金项目
资助金额:
300.0 万元
负责人:
秦经刚
依托单位:
学科分类:
稳态强磁场
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
秦经刚
中文摘要
稳态强磁场的发展趋势是向更高磁场发展(>50T),以满足各学科对极端实验条件的需求。强磁场装置主要是由水冷磁体与超导磁体构成的混合磁体,50T以上的稳态混合磁体要求超导磁体必须能够提供15T~20T的磁场贡献,这对超导材料及磁体关键科学与技术问题提出前所未有的高要求。高温超导材料Bi2212由于具有临界场高、各向同性、交流损耗低的优点,具有发展CICC型高场磁体的巨大潜力。目前,国际上对此领域的研究基本处于起步阶段。本项目将依托中科院强磁场中心的高场水冷磁体以及等离子体物理研究所的磁体研制设施,探索Bi2212 CICC型高场超导磁体研制的关键科学和技术问题,开展材料特性、结构设计、制备技术、实验方法的研究,揭示多重载荷复杂工况下的材料失效、磁体性能衰退等科学规律,解决高温高压热处理、新型失超探测等技术问题,为未来高场高温超导磁体在强磁场、聚变堆、对撞机等大科学装置中的应用奠定坚实的基础。
英文摘要
In order to meet the extreme demands from diverse R&D disciplines, the steady-state strong magnetic field development is developing towards a higher magnetic field(>50T) with an obvious trend. High magnetic field devices are mainly hybrid magnets composed of water-cooled magnets and superconducting magnets. The steady-state hybrid magnets above 50T, require the superconducting magnets to be able to provide a magnetic field contribution of 15-20T, which places unprecedented high demands on the key scientific and technical issues of superconducting materials and magnets. The high-temperature superconducting material Bi2212 has the advantages of high critical field, isotropy, and low AC loss, which has great potential for the development of high-field magnets composed of CICCs. International research in this field is basically in its infancy. To explore the key scientific and technical issues in the development of Bi2212 CICC high-field superconducting magnets, the project will rely on the high-field water-cooled magnets of the Chinese Academy of Science High Magnetic Field Center and the magnet research facilities of the Institute of Plasma Physics. Based on these platforms, the project will carry out research on material characteristics, structural design, manufacturing technology, and experimental methods. The results of the project are expected to reveal the scientific laws such as material failure and magnet performance degradation, and to solve technical problems such as high temperature and high-pressure heat-treatment, new types of quench detection, etc. These studies will lay a solid foundation for the future application of high-field high-temperature superconducting magnets in large scale scientific devices such as High magnetic field, fusion reactors, and colliders.
在未来高场(B>15T)的情况下,以Nb-Ti和Nb3Sn 为代表的低温超导材料制备的CICC导体,将无法满足聚变堆需要的大电流、强磁场的显著特点,开展面向高温超导材料的聚变堆高场磁体关键技术及工艺研究迫在眉睫。Bi-2212因其具有高临界场、各向同性和低交流损耗的优点,已经成为实用化高温超导材料中发展高场CICC型磁体的核心备选材料之一。本项目聚焦面向高场应用的CICC型导体及磁体制备的关键技术,从线材性能、导体设计与制造、磁体设计与制造、导体高场服役特性及磁体高场服役特性等方面,开展Bi-2212线材热处理研究、低温临界特性研究、内插线圈制备工艺研究以及导体热处理关键技术研究等内容。在本课题的支持下,我们首先对Bi-2212线材热处理工艺与临界进行了系统性研究,探究不同高压热处理方案对线材临界特性的影响及其微观机制;其次,结合传统CICC导体制备工艺,成功研制出首根高压热处理的Bi-2212三级子缆CICC导体,并对该子缆导体的液氦载流特性进行研究;由此同时,基于前期系统性的热处理工艺研究,创造性的将预高压热处理技术引入Bi-2212 CICC导体的制备工艺中,制备出首个“预高压+高压”热处理的Bi-2212三级子缆导体,并且对该导体的载流特性及冷热循环特性进行研究;最后,通过宽口径、大尺寸CICC型磁体热处理工艺的研究,成功探索出“预高压+高压”与“管内承压”有机结合的热处理工艺,并以此完成了世界上首个Bi-2212 CICC型内插线圈的研制,为Bi-2212全尺寸CICC导体的研制提供了坚实的理论基础与实验数据支撑。.本课题的执行完成了预定目标,并开展了一部分预定目标中未包含的研究。课题执行过程中,共发表SCI论文9篇,其中本领域TOP期刊SUST 7篇,申请发明专利5篇。
面向高场应用的Nb3Sn CICC导体退扭机理研究
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批准号:51677184
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项目类别:面上项目
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资助金额:65.0万元
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批准年份:2016
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负责人:秦经刚
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依托单位:
CICC导体力学性能数值模拟及实验研究
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批准号:51207157
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:23.0万元
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批准年份:2012
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负责人:秦经刚
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依托单位:
国内基金
海外基金