[发明专利]一种Nb3Al超导接头

说明书

技术领域

本发明涉及一种超导接头，特别涉及一种适用于急热急冷淬火转变法Nb₃Al超导线的超导接头。

背景技术

高场超导磁体在诸如核磁共振、ITER热核聚变、高能物理加速器等技术领域起着无可替代的重要应用。在现有超导磁体制备技术中，10T及以下磁体采用机械延展性能优异的NbTi合金超导线绕制而成。由于NbTi合金的临界磁场较低，10T以上的更高磁场则需要使用具备更高临界磁场特性的A-15型金属间化合物超导材料建造磁体。现有的10-20T磁体多采用由低温超导体的NbTi合金和Nb₃Sn超导体的混合线圈嵌套构成。A-15型金属间化合物Nb₃Sn超导材料具有较好的经济性和较高的技术成熟度，但是其缺点在于临界性能有限，且机械性能尤其脆弱。高场磁体线圈要求在承受较大的应力同时能够维持较高的电流密度，同属A-15型晶体结构的金属间化合物的Nb₃Al相比Nb₃Sn具备超导临界性能高、应力敏感性低、耐辐照性能好等技术优点，有望成为高场核磁共振谱仪超导磁体和未来商用热核聚变装置高场超导磁体的重要材料。Nb₃Al超导体股线的制备技术主要包括：固态扩散法、激光/电子束加热法和淬火法等。其中，急热急冷淬火转变法是将Nb/Al混合多丝导线快速加热到约1800℃后淬火处理得到超饱和固溶态的Nb₃Al超导线前驱体，然后再进行大约800-900℃扩散热处理得到Nb₃Al超导线。由于超饱和固溶态材料具有良好的室温延展性，非常便于线圈绕制，因此是目前一种主要的Nb₃Al超导线制备方法。

在Nb₃Al磁体实际建造过程中需要对线圈进行接头连接处理，超导线的连接是磁体建造过程中的关键技术之一。这些接头位置包括：超导线圈的层间连接、多线圈之间的连接和磁体线圈与电流引线的连接等。对于Nb₃Al超导接头性能的要求，一方面接头必须具备优良的机械强度，以应对磁体的预应力、弯曲应力、电磁应力、收缩应力等。另一方面，接头还必须具有较低的电阻，尤其是闭环运行的超导磁体，接头电阻将会导致磁场的衰减。例如在核磁共振谱仪（NMR）磁体中，要求磁场在特定空间尺度分布上保持极高均匀性和时间尺度上保持极高稳定性，以此来提高系统的信噪比和扫描分辨率。其中，空间尺度的均匀性主要依靠电磁设计与精确绕制工艺保障；而时间尺度上的稳定性则是依靠超导开关通过超导接头连接磁体两极，使磁体在闭环状态下得以恒定电流状态运行，通过减少磁体电流衰减来维持磁场的稳定性来保障。当接头电阻恒定时，闭环磁体的磁场强度呈指数衰减。接头电阻越大，磁场衰减越快。一般地，当NMR磁体接头电阻小于10^-11Ω时，才能使得系统损耗率小于0.02ppm/hour，保证NMR系统稳定运行。因此控制磁场衰减需要通过尽量降低接头电阻来达到目的。