[发明专利]一种磁约束聚变用超导D型线圈的制备方法

说明书

一种磁约束聚变用超导D型线圈的制备方法，包括以下步骤：A、线圈骨架的制备：将高强度金属圆管加工成D型形状，得到线圈骨架；B、绕制线圈：将数根高温超导带材并排螺旋缠绕在线圈骨架上，形成多层线圈缠绕层，且相邻缠绕层的高温超导带材错开1/2‑1/3带材宽度的间距；得到超导D型线圈胚体；C、线圈固化：对超导D型线圈胚体进行环氧树脂浸渍固化或者石蜡浸渍固化，得到固化的超导D型线圈；D、铠甲加强：用上下半管构成的包套管包裹固化的超导D型线圈，再次进行浸渍固化，即得。利用该方法制备的超导D型线圈合格率高，载流性能好，力学强度高，能在大空间产生更强的强磁场。

技术领域

本发明涉及一种磁约束聚变用超导D型线圈的制备方法。

背景技术

核聚变能具有资源充足、清洁安全、不产生高放射性核废料等优点,被公认为最可能解决未来能源危机、推动人类社会可持续发展的理想能源。聚变能的产生过程中对等离子体通常使用磁约束体系，以约束等离子体的位置。磁约束体系的极向磁场是保证等离子体电流开始、爬升、平顶、下降、直至最后终结的主要手段；而强大的环向磁场是保持等离子体宏观稳定的重要工具，所以磁体是磁约束聚变的关键部分。其中，产生环向场(Toroidalfield,TF)的环向场线圈的剖面为“D”形，也称为D线圈；在新一代聚变堆中，环向场线圈的最高磁场都将超过12T，必须使用性能优良的高温超导体。

目前，磁约束聚变用超导D型线圈的制备主要有两种方式：一是以欧洲核能机构(European Nuclear Energy Agency,ENEA)设计的沟槽导体结构为代表的扭曲堆叠超导D型线圈，是将高温超导带材堆叠放置在长直的金属管的螺旋沟槽中，然后将金属管弯制成D型。二是以美国科罗拉多大学发明的CORC结构(Conductor On Round Core)为代表的缠绕导体，是将超导带材螺旋缠绕在长直的圆型金属管上；然后将圆型金属管弯制成D型。这两种线圈均是先将超导带材螺旋状缠绕在长直的金属管上，再将长直的金属管弯制成D形状的D型管。其存在的问题是：(1)将长直的金属管弯制成D型管时，管上很多部位(将D型管置于水平时，D型管弯曲部分的上、下部位)的扁平的超导带材会产生弯曲应力应变，导致其力学强度降低、载流性能下降；严重时可导致超导体损坏、报废。(2)扁平的超导带材在长直的金属管上缠绕前一层的过程中，带材从金属管的始端螺旋前进至末端，进行后一层缠绕时，需从末端螺旋后退(螺旋前进方向反向)到始端，也即在相邻两层的转折处需要进行螺旋前进方向变向的操作，其缠绕操作麻烦、费时，制备效率低；且变换螺旋前进方向时，同样容易产生应力应变，降低超导带材的性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种磁约束聚变用超导D型线圈的制备方法，利用该方法制备超导D型线圈合格率高，制得的超导D型线圈的载流性能好，力学强度高，能在大空间产生更强的强磁场。

本发明实现其发明目的所采用的技术方案是，一种磁约束聚变用超导D型线圈的制备方法，包括以下步骤：

A、线圈骨架的制备

将高强度金属圆管加工成D型形状，得到线圈骨架；

B、绕制线圈

将数根高温超导带材并排螺旋缠绕在线圈骨架上，形成多层线圈缠绕层，且相邻缠绕层的高温超导带材错开1/2-1/3带材宽度的间距；得到超导D型线圈胚体；

C、线圈固化

利用真空浸渍设备对超导D型线圈胚体进行环氧树脂浸渍固化或者石蜡浸渍固化，得到固化的超导D型线圈；

D、铠甲加强

将固化的超导D型线圈的下半部置入适配的D型的下半管的矩形内腔中，再盖上形状与下半管对称的上半管；并将下半管与上半管联结，形成包裹超导D型线圈的包套管；所述的包套管是316L不锈钢管或者高强度铜合金管；然后，再次利用真空浸渍设备对包套管内的环氧树脂浸渍固化或者石蜡浸渍固化，即得到磁约束聚变用超导D型线圈。