ITER磁体馈线系统超导接头的设计与研究

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lingdianbingdu
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在所有的大型超导磁体系统与相关配套设备中,超导电缆终端之间必须通过特殊结构的形式连接,一般我们称之为超导接头。超导接头承担了连接电回路以及冷却回路的重要任务。接头的引入,必然会产生额外的焦耳热以及交流损耗,从而增大整个低温系统的热负荷,因此在磁体的设计中超导接头作为一项极为关键的工艺技术得到了广泛的重视。国际热核聚变反应堆磁体馈线(ITER Feeder)系统中所有的超导传输电缆连接处均采用双盒搭接结构超导接头设计,总数量超过300个,接头技术是Feeder系统中的关键技术之一。本文针对ITER Feeder系统中双盒搭接接头开展了相关研究与实验工作,本文共分为七章主要内容包括以下几大方面:   首先从双盒搭接接头概念设计出发,结合Feeder系统超导电缆的具体结构,对接头交流损耗产生的物理机制进行了详细论述,并利用理论推演的方法对ITER Feeder超导接头磁滞、涡流、耦合三种不同的交流损耗形、直流电阻以及压降损失等重要技术参数进行了分析计算,验证了双室搭接接头结构在Feeder中应用的合理性。   其次在超导接头工艺探索方面:通过测试不同镀层以及镀层处理方法,得到了在低温下多种表面处理方式对接头电阻的影响,为接头终端表面处理制定了工艺实施方案;对接头使用的铜-不锈钢复合板的低温力学性能进行了实验研究;对接头封焊压力进行了数值模拟计算。测试与模拟计算的结果为超导接头加工参数的选取提供了良好的参考价值。   再次为ITER68kA与10kA高温超导电流引线试验件设计了盒式搭接接头组件,这是首次对Feeder系统中超导接头原型件进行探索,对接头盒钎焊工艺难点进行了剖析,并经过数次焊接实践最终找到了切实可以的技术途径;基于电流引线测试平台,对全部双盒搭接接头进行了低温电性能测试,在电流引线测试的整体框架下针对超导接头自身所关注的问题制定了细致的测试方案与测试流程,并对三次低温试验后的测试结果等进行详细分析与比较,取得了较好的测试结果,目前设计的Feeder主导体超导接头的直流电阻值低于2nΩ,完全符合ITER国际组要求。   最后完成了ITER Feeder超导接头的绝缘结构设计,讨论了绝缘材料选型、绝缘工艺问题,针对Feeder系统的绝缘测试件和原型件的实验需求建立起一套完整的Paschen测试装置,并超导接头原型件和S弯原型件进行了低温Paschen测试。   本文所研究的超导接头的背景和资金来源是基于ITER Feeder项目,但它的设计方法、研制过程中的关键技术成功对超导电工、聚变核能领域都有重要的应用价值。
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