一种基于ReBCO超导D形环片的传导冷却环向磁体制造技术

本发明专利技术公开了属于超导磁体应用技术领域的一种基于ReBCO超导D形环片的传导冷却环向磁体。传导冷却环向磁体由多个相同的单元环向场磁体沿环向均匀分布、组合构成，其中，单元环向场磁体由N片超导D形环片、N+1片冷却片交替堆叠、固定得到，N为正整数；N+1片冷却片包括冷却部分和矩形连接头，冷却部分上下表面均涂覆绝缘层或均放置绝缘片，冷却部分尺寸、形状均与超导D形环片相同，且沿径向切割有能避免产生涡流的切口；矩形连接头用于连接制冷机。本发明专利技术提供的传导冷却环向磁体具有操作简便、冷却效率高、漏热小的优点，能够实现磁体不同冷却温度的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于ReBCO超导D形环片的传导冷却环向磁体
本专利技术属于超导磁体应用
，特别涉及一种基于ReBCO超导D形环片的传导冷却环向磁体。
技术介绍
随着高温超导生产技术的发展，具有高电流密度的ReBCO(稀土系钡铜氧，Re为Y、Sm或Nd)涂层导体的制备技术得到提高，并将其应用于高温超导磁体的制造技术中。高温超导环型磁体是高温超导磁体的一种结构形式，它最重要和最有前景的应用场合是高温超导环型磁储能磁体和高温超导托卡马克环向磁体。环向磁体是由数个完全一样的单元线圈沿一个大环均匀分布而成的磁体，能够产生大空间稳定的高强度磁场。目前大多数磁体采用真空低温杜瓦浸泡式冷却，一般有液氮和液氦两个温区实现磁体的冷却，而且在液氦温区下冷却磁体所需的成本很高，冷却系统庞大而且复杂，故此，采用制冷机来冷却高温超导磁体，可以实现不同温度的需求，而且成本较低，冷却系统简单易实现。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于ReBCO超导D形环片的传导冷却环向磁体，具体技术方案如下：一种基于ReBCO超导D形环片的传导冷却环向磁体由多个相同的单元环向场磁体沿环向均匀分布、组合构成，所述单元环向场磁体由N片ReBCO超导D形环片、N+1片冷却片交替堆叠、固定得到，其中N为正整数，D形环片为半圆形环片；其中，ReBCO超导D形环片的D形内环1个拐角或2个拐角处切割圆形定位孔。其中，D形内环2个拐角切割圆形定位孔的D形环片轴对称。所述ReBCO超导D形环片由自下至上依次排列的衬底、缓冲层、ReBCO薄膜和保护层组成；其中，衬底材料为Ni、NiW、哈氏合金或不锈钢；缓冲层为绝缘性金属氧化物；保护层为银薄膜保护层或铜薄膜保护层。其中，缓冲层利用离子束辅助沉积技术或倾斜基底沉积技术沉积，所述ReBCO薄膜利用金属有机化学气相沉积、脉冲激光沉积法或溅射法沉积。其中，N片ReBCO超导D形环片的堆叠方向一致。其中，冷却片包括冷却部分和矩形连接头，冷却部分上下表面均涂覆绝缘层或均放置绝缘片，冷却部分尺寸、形状均与ReBCO超导D形环片相同，且沿径向切割有能避免产生涡流的切口，具体为沿内环至冷却片边缘连接处切割狭缝；由冷却部分延伸出的矩形连接头用于连接位于环向磁体中心的制冷机。其中，N+1片冷却片堆叠角度均相同、连接头均设置定位连接孔，采用软连接将连接头与制冷机连接。其中，冷却片为裸铜或裸铜合金片。其中，冷却片冷却部分上下放置的绝缘片形状、尺寸与ReBCO超导D形环片相同，为有机绝缘片、牛皮纸或环氧薄片；冷却片冷却部分上下表面涂覆的绝缘层材料与所述绝缘片材料相同。其中，传导冷却环向磁体的固定包括单个单元传导冷却磁体的固定和整个传导冷却环向磁体的固定，可采用在单个单元传导冷却磁体的两侧堆加法兰、钢铠，利用无磁的螺栓、螺母实现固定，采用现有的托克马克装置的固定方法，利用支撑筒、不锈钢支架等实现整体环向磁体的固定；其中，固定材料优选为不锈钢、环氧玻璃钢。本专利技术的有益效果为：本专利技术提供的传导冷却环向磁体利用制冷机传导冷却每一片ReBCO超导D形环片，进而冷却整个环向磁体，具有操作简便、冷却效率高、漏热小的优点，能够实现磁体不同冷却温度的要求，解决了高温超导磁体在高场下的磁场冷却问题。附图说明附图1为ReBCO超导薄片的结构示意图；标号说明：1-ReBCO超导薄片；101-衬底；102-缓冲层；103-ReBCO薄膜；104-保护层；附图2为ReBCO超导D形环片结构示意图；附图3为绝缘片结构示意图；附图4为冷却片结构示意图；附图5为实施例5传导冷却磁体结构示意图；附图6为实施例6传导冷却磁体结构示意图；附图7为实施例7传导冷却磁体结构示意图；附图8为实施例8传导冷却磁体结构示意图；标号说明：2-第ⅠReBCO超导D形环片；3-第ⅡReBCO超导D形环片；4-第Ⅰ绝缘片；5-第Ⅱ绝缘片；6-第Ⅰ裸铜或裸铜合金冷却片；7-第Ⅱ裸铜或裸铜合金冷却片；8-第Ⅰ上下表面涂覆绝缘层的冷却片；9-第Ⅱ上下表面涂覆绝缘层的冷却片；10-第Ⅰ单元传导冷却磁体；11-第Ⅱ单元传导冷却磁体；12-第Ⅲ单元传导冷却磁体；13-第Ⅳ单元传导冷却磁体。具体实施方式本专利技术提供了一种基于ReBCO超导D形环片的传导冷却环向磁体，下面结合实施例和附图对本专利技术做进一步的说明。实施例1制备如附图1所示的ReBCO超导薄片，具体过程如下：(1)采用与第二代高温超导涂层相同的衬底材料制作出片状衬底101，其中衬底材料为Ni、NiW、哈氏合金或不锈钢；(2)在衬底101上，采用第二代高温超导缓冲层制备工艺沉积缓冲层102，其中缓冲层为绝缘性金属氧化物；(3)在缓冲层102上，采用第二代高温超导薄膜涂层技术镀上ReBCO薄膜103；(4)在ReBCO薄膜103上镀上保护层104，其中保护层104为银薄膜保护层或铜薄膜保护层，即得到ReBCO超导薄片1。其中第二代高温超导缓冲层制备工艺为离子束辅助沉积技术(IBAD)或倾斜基底沉积(ISD)技术；所述第二代高温超导薄膜涂层技术为金属有机化学气相沉积(MOCVD)、脉冲激光沉积法(PLD)或溅射法。实施例2制备如图2所示的ReBCO超导D形环片，具体过程如下：其中，图2-a所示D形内环1个拐角处切割有定位圆孔的第ⅠReBCO超导D形环片2具体制备过程为：将实施例1所得ReBCO超导薄片上切割出D形环片即半圆形环片，内环半径为r1，外环半径为r2，圆环宽度为w1；在D形内环的直线与圆弧的1个交接处即1个内环拐角处切割出半径为r3的圆形定位孔201，即得到如图2-a所示的第ⅠReBCO超导D形环片2。其中，图2-b所示D形内环2个拐角处均切割有定位圆孔的第ⅡReBCO超导D形环片3具体制备过程为：将实施例1所得ReBCO超导薄片上切割出D形环片即半圆形环片，内环半径为r4，外环半径为r5，圆环宽度为w2；在D形内环的直线与圆弧的2个交接处即2个内环拐角处切割出半径为r6、r7的圆形定位孔301、302，即得到如图2-b所示的第ⅡReBCO超导D形环片3，其中，第ⅡReBCO超导D形环片3为轴对称环片。实施例3制备如图3所示的绝缘片：将有机绝缘薄膜如PPLP绝缘材料薄膜、牛皮纸或环氧薄片切割为同实施例2所示超导D形环片形状、尺寸完全相同的绝缘片。其中，图3-a为与图2-a所示的第ⅠReBCO超导D形环片2形状、尺寸完全相同的第Ⅰ绝缘片4；图3-b为与图2-b所示的第ⅡReBCO超导D形环片3形状、尺寸完全相同的第Ⅱ绝缘片5。实施例4制备如图4所示的冷却片，冷却片采用铜或铜合金作为传导冷却材料；具体过程如下：其中，图4-a所示的第Ⅰ裸铜或裸铜合金冷却片6的制备具体为：将裸铜或裸铜合金片切割为矩形薄片，并将矩形薄片一端切割为与如图2-a所示的第ⅠReBCO超导D形环片2尺寸、形状完全相同的D形环状作为冷却部分601，另一端作为连接头602；其中，冷却部分601沿径向切割宽度为w3的切口603，使得冷却部分601内部孔与外部连通以避免产生涡流；连接头602内部切割出2个对称的、半径为r8的定位连接孔604，用以连接制冷机。其中，图4-b所示的第Ⅱ裸铜或裸铜合金冷却片7的制备具体为：将裸铜或裸铜合金片切割为矩形薄片，并将矩形薄片一端切割为与如图2-b所示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于ReBCO超导D形环片的传导冷却环向磁体，其特征在于，由多个相同的单元环向场磁体沿环向均匀分布、组合构成，所述单元环向场磁体由N片ReBCO超导D形环片、N+1片冷却片交替堆叠、固定得到，其中N为正整数；所述冷却片包括冷却部分和矩形连接头，冷却部分上下表面均涂覆绝缘层或均放置绝缘片，冷却部分尺寸、形状均与ReBCO超导D形环片相同，且沿径向切割有能避免产生涡流的切口；矩形连接头用于连接制冷机。

【技术特征摘要】
1.一种基于ReBCO超导D形环片的传导冷却环向磁体，其特征在于，由多个相同的单元环向场磁体沿环向均匀分布、组合构成，所述单元环向场磁体由N片ReBCO超导D形环片、N+1片冷却片交替堆叠、固定得到，其中N为正整数；所述冷却片包括冷却部分和矩形连接头，冷却部分上下表面均涂覆绝缘层或均放置绝缘片，冷却部分尺寸、形状均与ReBCO超导D形环片相同，且沿径向切割有能避免产生涡流的切口；矩形连接头用于连接制冷机。2.根据权利要求1所述的传导冷却环向磁体，其特征在于，所述ReBCO超导D形环片的D形内环1个拐角或2个拐角处切割圆形定位孔。3.根据权利要求2所述的传导冷却环向磁体，其特征在于，所述D形内环2个拐角切割圆形定位孔的D形环片轴对称。4.根据权利要求1所述的传导冷却环向磁体，其特征在于，所述冷却片冷却部分的切口位置为内环至冷却片边缘连接处。5.根据权利要求1所述的传导冷却环向磁体，其特征在于，所述ReBCO超导D形环片由自下至上依次...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁茜，王银顺，陈浩，胡一丹，皮伟，李继春，夏芳敏，
申请(专利权)人：华北电力大学，富通集团天津超导技术应用有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11