[发明专利]超导材料的临界电流测量方法、系统及介质

说明书

本发明提供了一种超导材料的临界电流测量方法、系统及介质，包括：时变电流加载步骤：在样品中通以时变电流；磁场测量步骤：将包括感性线圈的传感器设置在预设位置，通过传感器测量样品周围的磁场分布，获得测量信息；临界电流判断步骤：根据获得的测量信息，判断样品是否达到临界电流状态以及样品在时变电流加载步骤中的哪一时刻达到临界电流，并获得样品的临界电流。本发明经过短样的实验，在电流远远大于样品临界电流(临界电流300A的样品中通过550A电流)的情况下，多次重复实验，避免了样品的烧坏。

技术领域

本发明涉及超导材料或应用超导领域，具体地，涉及超导材料的临界电流测量方法、系统及介质。尤其的，涉及利用脉冲电流的超导材料临界电流感应测量方法，实现对于非理想第二类超导体的临界电流测量。

背景技术

一、超导体和临界电流

在低温状态下进入电阻变为零的超导宏观量子态，是超导材料最大的特点。针对这一奇特的现象，人们在电力、磁体等强电领域提出了许多奇思妙想的应用。然而，超导材料真正应用于无阻的高密度电流传输，是在超导现象发现后的50年左右之后。

对于超导材料的强电应用而言，临界电流，或者临界电流密度，是一个非常关键的参数，它指的是超导材料可以保持无阻特性加载的最大电流/电流密度。早先的超导材料，在很小的电流密度之下，就失去了无电阻的特性，甚至在电流感生的磁场下，发生相变失去超导状态。上世纪60年代，非理想第二类超导体材料的深入研究与技术发展(NbTi,Nb3Sn等材料)，才让超导体可以加载远高于铜导线的电流，而仍然处于无电阻状态，使超导体的强电应用变成可能。这一技术催生了核磁共振磁体、强场磁体、大科学装置等超导设备。

应用超导材料发展的另一个里程碑是1987年，转变温度高于液氮温度的陶瓷高温超导材料的出现。鉴于液氮的低廉价格，高温超导材料在电力等大规模，经济性主导的应用中充满了前景，高温超导材料一面世，当年就成就了一对诺贝尔物理学奖得主。然而由于高温超导材料的种种特性，主要是低相干长度和高各向异性，导致其加工工艺远比低温超导材料复杂。不管是以Bi2223为主材料的第一代高温超导导线，还是以REBCO为主材料的第二代高温超导导线，在目前相对成熟的工艺中，只能被加工成宽而薄的扁带形状。直到近40年后的今天，经过几代材料工作者的不懈努力，高温超导材料才逐步地走向了商业化。尤其是近几年，REBCO涂层导体主导的高温超导应用项目在国内外如火如荼地发展起来。在这样的背景下，许多超导导线的用户对超导带材提出了较高的测量要求。比如在电缆应用和限流器应用中，用户希望得到高分辨率(比如每厘米一个数据点)的传输测量临界电流数据。目前的技术完全无法满足用户的需求。同时，鉴于长带测量的困难，长带临界电流这项重要的行业标准迟迟不能形成。

二、临界电流的测量

随着超导体应用规模的增加，高温超导长带临界电流的测量问题变得异常重要。

对于传统的实用低温超导材料NbTi和Nb3Sn，其①加工的低难度和高成品率，②大规模测量对液氦不经济的消耗和③低阻金属基体对超导多芯起到的天然分流作用，让长带临界电流测量在低温超导体应用中的重要性远不如在高温超导材料中的情形。