[发明专利]一种基于ReBCO涂层超导体的各向同性超导股线

说明书

技术领域

本发明属于超导材料领域，特别涉及一种基于ReBCO涂层超导体各向同性超导股线。

背景技术

连接电厂和市区的电力电网主要由架空线路和地下电缆组成，电缆主要用于在市区。地下电缆主要材料是铜，电流密度大约是1A·mm^-2。相比之下，高温超导体能够传输更大的电流密度，如果地下电缆使用高超导（HTS）线，其结构可以变得更为紧凑。

超高压的铜电缆需要约一个直径大约3米的隧道，但高温超导电缆可以安装在直径只有150毫米的电缆管道中，铺设成本低，铺设时间短。由于超导体的焦耳损耗很小，低损耗也能导致二氧化碳的排放量减少，因此包括冷却高温超导电缆的运行成本也将减少。超导电缆的屏蔽层可以将电缆的漏磁降为零，从而减少电磁污染。所以高温超导电力电缆能够有效地扩大电力电网的容量。

使用BSCCO（铋系）超导带制成的100米长的高温超导电缆在世界各地进行测试和使用。但是，BSCCO超导带的价格较高，交流损耗也比较大，不利于其应用于实际的电力电网中。近几年来，具有大电流密度的ReBCO（稀土系钡铜氧，Re为Y、Sm或 Nd）涂层超导体的制备技术取得了重大进展，并且将其应用于超导电缆的制造技术也取得了飞速发展。ReBCO涂层超导带材的价格比BSCCO超导带材的价格低得多，并且由于ReBCO涂层超导带材很薄也能降低交流损耗。

高温超导材料具有强烈的各向异性，在77K温度直流磁场中，临界电流I_c(B, θ)随磁场大小和方向变化的经验模型为

Ic(B,θ)=Ic(0)[1+1B0γ?2B//2+B⊥2]?α---(1)]]>

其中，B_//和B_⊥分别是平行和垂直于超导带材表面的磁场分量的磁感应强度；θ为磁场与超导材料表面的夹角；I_c(0)为超导材料自场（零外磁场）下的临界电流；B₀、γ和α为拟合常数。图1为高温超导带材临界电流各向异性的典型曲线，其中小图是磁场相对超导带材的方向，由图可知，垂直场对临界电流的影响比平行场影响要大得多。

另外，对于高场磁体，如在粒子加速器和聚变装置中，要求大电流、低电感和低交流损耗。高场磁体中的超导股线应该满足以下条件：大工程电流密度；圆形、柔韧以及较大的机械强度；具有各向同性和很低的交流损耗。

因此为了克服高温超导材料具有强烈的各向异性造成垂直场对临界电流的影响，需要一种能够克服高温超导材料各向异性的基于ReBCO涂层超导体的超导股线结构。

发明内容