[发明专利]一种基于ReBCO螺旋涂层导体片的传导冷却超导磁体及制备

说明书

技术领域

本发明属于超导磁体应用领域，特别涉及一种基于ReBCO螺旋涂层导体片的传导冷却超导磁体及制备。

背景技术

近几十年来，超导磁体技术发展迅速，在医疗器械、能源、工业、交通运输、电力工业和国防等领域得到了广泛应用。超导磁体的经济性和运行特性都胜过常规磁体，并且在有些情况下，必须使用超导磁体。超导磁体的电流密度比常规磁体高，体积也更紧凑；可以在一定空间达到很高的磁场梯度；能提供常规磁体所无法达到的磁场稳定性。随着高温超导生产技术的发展，具有高电流密度的ReBCO(稀土系钡铜氧，Re为Y、Sm或Nd)涂层导体的制备技术得到提高，这进一步促进了超导磁体的发展。因此，超导磁体在一些领域取代了或正在取代常规磁体，并且还开辟了常规磁体无法实现的新领域。

超导磁体的运行需要稳定的低温环境来克服系统运行产生的热量。目前，超导磁体运行的低温环境主要有三种方式，分别是低温液体浸泡冷却、再冷凝式冷却和制冷机传导冷却。其中，液体浸泡冷却主要用液氦(4.2K)或液氮(77K)作为浸泡介质，但这种方式需要专业的运输和充罐操作，增加了系统应用的复杂性，并且受到国际氦资源限产等因素的影响，液氦价格持续上涨，使系统应用成本增加。为了消除上述障碍，早在1983年Hoenig就提出了不用液氦，而用制冷机直接冷却超导磁体的设想。随着小型制冷机技术的突破和高温超导电流引线的出现，近十来年传导冷却超导磁体技术得到了快速发展。制冷机传导冷却系统结构简单、操作方便、体积小；方向可调整，适应性强；无需液体运输及灌注操作，且运行成本低。目前在很多应用领域，传导冷却磁体已经或正在取代浸泡冷却磁体。

发明内容

本发明提供了一种基于ReBCO螺旋涂层导体片的传导冷却超导磁体及制备，具体技术方案为：

一种基于ReBCO螺旋涂层导体片的传导冷却超导磁体，其主体结构由超导片和导冷片交替叠加而成，每两片超导片之间为一片导冷片；还包括电流引线和固定装置；所述固定装置包括法兰盘、拉杆和固定孔；通过法兰盘1、四个拉杆41和相应的四个固定孔42对上述超导片、导冷片进行固定；所述固定孔42位于法兰盘1上；导冷片的连接头5为L型结构，连接头5末端的定位孔4处于同一水平线，连接头5与制冷机的冷却板连接；从而实现磁体的冷却。

所述超导片为圆环片结构，内半径为r₁，外半径为r₂，由下至上依次为衬底、缓冲层、ReBCO薄膜和保护层，其中，缓冲层、ReBCO薄膜和保护层形成超导面；在内半径和外半径之间，以超导片圆心为中心点，以r₁为底面半径，以r₂为顶面半径，超导面经激光切割出圈数为N的螺旋型凹槽，衬底结构不经过切割；螺旋型凹槽的宽度为n mm。所述超导片还具有内端部13和外端部12。

r₁和r₂的取值范围均为几十毫米到几百毫米，且r₁＜r₂。N的取值为几圈到数十圈，n为几毫米。

导冷片宜采用热导率高的材料，在热导率高的同时，电阻率高的材料最为理想，可采用铜、铝等材料。本设计采用铜作为传导冷却材料，在其圆环上下表面涂绝缘漆，如聚酰亚胺，作为冷却片的绝缘层，兼顾冷却和绝缘。(导冷片的r₁到r₂上下区域涂绝缘漆，缝隙6处涂绝缘漆；导冷片内开口21和连接头5均不涂绝缘漆。)

导冷片为圆环片状结构，内外半径与均超导片相同，在外半径边缘带有矩形的连接头5，在连接头5的一端有四个定位孔4；包括导冷片Ⅰ、导冷片Ⅱ。每片导冷片的连接头5的宽度相同，长度不同，下层导冷片比上层导冷片稍长，以保证连接头末端的定位孔4处于同一水平线。此外，为了防止环流，在导冷片的表面沿径向切割一条几毫米宽的缝隙6。

导冷片Ⅰ在半径r₁边缘开角度为K度的扇形缺口，扇形的弧长和内端部13的弧长相同，称为导冷片内开口21，径向深度与超导片内端部13的宽度相同；导冷片Ⅱ在半径r₂边缘开角度为K度的扇形缺口，扇形的弧长和外端部12的弧长相同，称为导冷片外开口31，径向深度与超导片外端部12的宽度相同；导冷片内开口21、导冷片外开口31分别与连接头5在同一直线上。

第一电流引线71与最上面一片超导片的外端部相连，第二电流引线72与最下面一片超导片的外端部相连。