一种超导线及抑制超导线磁通跳跃的方法技术

本申请公开了一种超导线及抑制超导线磁通跳跃的方法，超导线包括：线体，包括芯丝和铜基体；外隔离层和/或内隔离层，外隔离层设置在线体外部，内隔离层设置在芯丝外部，外隔离层和内隔离层均采用铁磁材料制成。本申请中的超导线和抑制方法不需要改变超导线的制备工艺，而且对超导线磁通跳跃的抑制效果非常明显，同时铁磁材料的价格低廉，与现有的抑制方法相比，较大的节约了成本。较大的节约了成本。较大的节约了成本。

【技术实现步骤摘要】
一种超导线及抑制超导线磁通跳跃的方法


[0001]本申请涉及超导线材
，特别涉及一种超导线及抑制超导线磁通跳跃的方法。

技术介绍

[0002]Nb3Sn超导线具有高临界电流密度以及较高的临界温度和上临界磁场，成为目前比较常用的高场超导材料，被广泛应用于诸如超导射频腔、核磁共振、粒子加速器、磁约束可控核聚变等领域。Nb3Sn超导线在带来高性能的同时，其在外磁场作用下发生磁通跳跃进而引发材料失超的问题同样不可忽视。Nb3Sn超导线发生磁通跳跃时，大量的磁通线在极短的时间内涌入超导线内，造成超导线载流能力降低并释放大量的热量，如果热量没有及时散出，极易使超导线失超。超导线失超不仅会降低超导线的载流能力，如果超导线安装在机械部件的重要位置，极大可能会发生机械故障甚至人员伤亡。此外，Nb3Sn超导线因发生磁通跳跃释放大量热的同时，如果温度达到临界温度的数倍以上，在温度应力和洛伦茨力的作用下，极易造成脆性属性的Nb3Sn超导线内部出现不可逆转的微裂纹甚至裂纹扩展，进而影响超导线的正常使用，严重威胁了超导线的机械稳定性和磁热稳定性。因此如何抑制Nb3Sn超导线的磁通跳跃行为，成为提高其稳定性的关键问题。相关研究表明较小的芯丝尺寸和较高的基体比热都能有效的降低Nb3Sn超导线的磁通跳跃行为。然而Nb3Sn超导线采用铜基体多股超导芯丝复合结构，从目前的工艺来看，芯丝的尺寸已达到微米级，进一步减小芯丝尺寸是极其困难的，而铜基体的在低温下的比热与其纯度联系密切，进一步提升铜基体的纯度也是很困难的。
[0003]目前，抑制Nb3Sn超导线磁通跳跃的方法有：(1)在多股芯丝结构的特殊位置引入高比热的物质如Gd2O3，从而达到提高散热、增加Nb3Sn超导线的磁热稳定性的目的。然而，实验表明此类方法仅能在极小程度上缩小磁通跳跃的幅度和区间，而且还降低了Nb3Sn超导线的临界电流密度。(2)提高冷却物质的导热性，如将Nb3Sn超导线放入液氦中进行冷却，实验表明当液氦的温度低至2.10K时，能够使Nb3Sn超导线在低场下不发生磁通跳跃。然而超低温的液氦极大程度的增加了使用花费。(3)增加Nb3Sn超导线制备过程中的反应温度，并在反应物质中掺杂物质Ti。实验表明在掺杂1.2％Ti的情况下，当反应温度达到750摄氏度、保温25小时或反应温度800摄氏度、保温20小时，都能使Nb3Sn超导线在低场下不发生磁通跳跃。但这一工艺不但仅在特殊反应温度下才能够抑制超导线磁通跳跃，而且极大的降低了Nb3Sn超导线的临界电流密度，还增加了制备所用花费、制备时间和制备工艺的难度。

技术实现思路

[0004]本申请实施例提供了一种超导线及抑制超导线磁通跳跃的方法，用以解决现有技术中抑制超导线磁通跳跃采用的方法存在效果不明显、成本高和需要改变制备工艺的问题。
[0005]一方面，本申请实施例提供了一种超导线，包括：
[0006]线体，包括芯丝和铜基体；
[0007]外隔离层和/或内隔离层，外隔离层设置在线体外部，内隔离层设置在芯丝外部，外隔离层和内隔离层均采用铁磁材料制成。
[0008]另一方面，本申请实施例还提供了一种抑制超导线磁通跳跃的方法，包括：
[0009]在超导线的线体的外部和/或芯丝的外部分别设置外隔离层和内隔离层，外隔离层和内隔离层均采用铁磁材料制成。
[0010]本申请中的一种超导线及抑制超导线磁通跳跃的方法，具有以下优点：
[0011]1、操作简单：原有的Nb3Sn超导线制备工艺不变，只需在制备好的Nb3Sn超导线外部包裹铁磁材料即可。
[0012]2、效果明显：在Nb3Sn超导线外部包裹一定厚度的铁磁材料后，即可使超导线在外磁场作用下不发生磁通跳跃。
[0013]3、成本较低：目前铁磁材料技术较为成熟，市面常见铁磁带材单价在300～800元/m，与现有其他方案相比较大的节约了成本。
[0014]4、可靠性高：在进行外加铁磁部分的数值模拟之前，将单根超导线数值模拟结果与现有实验结果进行了对比，发现结果高度吻合，表明了数值模拟方法的准确性和可靠性。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0016]图1为本申请第一实施例提供的超导线的截面示意图；
[0017]图2为本申请第一实施例提供的超导线的立体示意图；
[0018]图3为本申请第二实施例提供的超导线的截面示意图；
[0019]图4为单根超导线在应用本申请的抑制方法前的实验结果；
[0020]图5为单根超导线在应用本申请的抑制方法前的模拟结果；
[0021]图6为本申请对比实施例提供的超导线的截面示意图；
[0022]图7为本申请对比实施例中超导线的模拟结果；
[0023]图8为本申请提供的实施例中超导线的模拟结果。
[0024]附图标号说明：100
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线体，110
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芯丝，120
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铜基体，200
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外隔离层，300
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内隔离层，400
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树脂层。
具体实施方式
[0025]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0026]图1
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3为本申请两种实施例提供的超导线的结构示意图。本申请实施例提供了一种超导线，包括：
[0027]线体100，包括芯丝110和铜基体120；
[0028]外隔离层200和/或内隔离层300，外隔离层200设置在线体100外部，内隔离层300设置在芯丝110外部，外隔离层200和内隔离层300均采用铁磁材料制成。
[0029]示例性地，芯丝110通常采用径向截面为正六边形的细丝，铜基体120为圆柱状结构，其轴向设置有多个相互平行的通孔，该通孔的形状和大小与芯丝110匹配，因此芯丝110可以插入至通孔中，之后在高温下将组合体拉拔至最终尺寸，在拉拔过程之间需要进行多次中间退火，以缓解铜基体的加工硬化，在拉拔成型之后进行热处理。芯丝110和铜基体120组合后形成传统意义上的超导线，即本申请中所说的线体100。
[0030]在本申请的超导线中，可以仅在线体100，具体来说是铜基体120的外部设置外隔离层200，或仅在芯丝110的外部设置内隔离层300，也可以既在线体100的外部设置外隔离层200，也在芯丝110的外部设置内隔离层300。由于外隔离层200设置在线体100的外部，因此外隔离层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超导线，其特征在于，包括：线体(100)，包括芯丝(110)和铜基体(120)；外隔离层(200)和/或内隔离层(300)，所述外隔离层(200)设置在所述线体(100)外部，所述内隔离层(300)设置在所述芯丝(110)外部，所述外隔离层(200)和内隔离层(300)均采用铁磁材料制成。2.根据权利要求1所述的一种超导线，其特征在于，所述外隔离层(200)为条状结构，所述外隔离层(200)采用螺旋卷绕的方式设置在所述线体(100)外部。3.根据权利要求2所述的一种超导线，其特征在于，所述外隔离层(200)卷绕后的轴向长度大于...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛存，曹凯威，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：