【摘 要】
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高温超导体在超导态时具有零电阻性,且超导体陶瓷材料具有低导热系数。聚变堆超导磁体采用高温超导电流引线进行电力传输将显著降低其低温系统的热负荷,降低装置运行费用。中国聚变工程试验堆（CFETR）装置的100kA高温超导电流引线是目前世界上最大载流的高温超导电流引线,具有高载流、低漏热、长失冷安全时间等特性。本文介绍CFETR高温超导电流引线的优化设计与研究,主要内容包括:（1）调研国内外万安级大载流
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高温超导体在超导态时具有零电阻性,且超导体陶瓷材料具有低导热系数。聚变堆超导磁体采用高温超导电流引线进行电力传输将显著降低其低温系统的热负荷,降低装置运行费用。中国聚变工程试验堆（CFETR）装置的100kA高温超导电流引线是目前世界上最大载流的高温超导电流引线,具有高载流、低漏热、长失冷安全时间等特性。本文介绍CFETR高温超导电流引线的优化设计与研究,主要内容包括:（1）调研国内外万安级大载流高温超导电流引线的发展现状,阐明论文研究的技术路线与关键技术。基于电流引线的一维传热理论基础,给出电流引线稳态温度分布的四阶龙格库塔算法和暂态传热数值算法。基于高温超导组件的电磁分析,计算电流引线的最大载流能力。随后阐明CFETR高温超导电流引线的设计目标与优化算法。（2）基于阻性换热器的参数研究和多目标优化分析结果,设计了高性能翅片式换热器。影响换热器效率的因素包括工程设计参数和运行参数。工程设计参数主要包括剩余电阻率、电流密度、接头电阻、换热系数、形状因子和氦气入口温度等。在运行工况变化时,分析了研究换热器过冷或过载运行特性。100kA电流引线的换热器优化长度1120mm,运行温区65-300K;泠却方式为50K氦气迫流冷却,氦气质量流量约6.3g/s;数值计算其失冷安全时间（LOFA）约495s。（3）基于高温超导组件的分析研究,100kA电流引线的高温超导段采用不锈钢分流器和Bi2223/AgAu超导带材,运行温区5-65K,冷却方式为传导冷却。数值计算结果表明,高温超导段温端温度65K且磁场为30mT时的最大载流为142kA。高温超导段低温端漏热低于18W,不过热时间约33s,温度裕度大于10K。当局部超导材料故障损伤退化10%时,载流性能依然满足要求。（4）基于CFETR 100kA高温超导电流引线设计方案,设计了 70kA试验件用于分析计算与实验研究。设计分析的失冷安全时间和不过热时间分别为460s及25s;实验结果的失冷安全时间约490s,不过热时间约30s。设计值与测试结果对比表明了设计方案的有效性和可行性。（5）探索了低成本新材料YBCO电流引线工艺可行性。采用阶梯式焊接的方法制造了两种复合高温超导电流引线并完成相关实验。实验结果显示YBCO电流引线接头电阻低至纳欧姆量级,解决了 YBCO带材多层焊接工艺技术难题。
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