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随着超导技术的发展,管内电缆导体(Cable-in-Conduit Conductor,简称CICC)以无可比拟的优越性成为大型超导磁体的首选导体,目前,CICC导体被广泛应用于大型超导核聚变实验装置及超导储能等磁体中。CICC的稳定性是磁体系统中导体设计和分析的重要参数,由于超导托卡马克的磁体处在等离子体建立和破灭快速变化的电磁场中,导体必然遭受由快速变化磁场产生的交流损耗和其它热扰动的影响。因此需要采用理论分析和实验研究方法,对导体进行稳定性分析和校正,以确保CICC导体的安全可靠。但在实际中,CICC导体的稳定性受自身结构和运行条件等多方面因素的影响;同时工程中导体的设计是基于0-维或1-维能量平衡模型进行,因此导体的设计不仅受众多参数的影响,而且是一个复杂反复尝试的过程;还有导体交流损耗的计算包括超导体磁滞损耗和基体中耦合损耗等内容,尤其是耦合时间常数和股线中铜接触面积系数的确定更为麻烦。
本文进行了导体稳定性、导体设计以及损耗机理的数字模拟研究。介绍了CICC导体的发展以及导体制造中的工艺技术,对于导体绞缆中的耦合问题,根据电缆临界长度公式,提出了解决它的办法;对CICC导体稳定性随运行条件(运行电流)的变化进行了数字模拟,这为导体选取合适的运行区间提供便利;根据导体稳定性理论、CICC导体空间电流密度以及温度裕度和稳定性裕度,建立关于铜超比、股线根数和股线直径等参数的矩阵方程,模拟出符合稳定性要求的导体结构;探讨了交流损耗机理,借鉴和运用超导股线的磁滞损耗和耦合损耗公式,在误差允许范围内,获得电缆的交流损耗,并对包含磁滞流损和耦合损耗的CICC导体交流损耗进行了数字模拟。