[发明专利]部分绝缘超导磁体的快速泄放

说明书

一种HTS磁体系统，包括HTS场线圈和电源。HTS场线圈包括：多个线圈匝，所述多个线圈匝包括HTS材料和金属稳定器；导电层，将线圈匝分隔开，使得电流能够经由导电层在线圈匝之间共享。电源被配置为：在HTS场线圈的斜升期间，向HTS场线圈提供第一电流；以及在HTS场线圈的斜降期间，向HTS场线圈提供与第一电流方向相反的第二电流。

技术领域

本发明涉及高温超导(HTS)磁体。具体地，本发明涉及一种用于(例如，响应于淬火(quench)检测)斜降HTS磁体的方法、以及实施该方法的设备。

背景技术

超导材料通常分为“高温超导体”(HTS)和“低温超导体”(LTS)。LTS材料(例如Nb和NbTi)是超导性可以用BCS理论描述的金属或金属合金。所有低温超导体的临界温度(高于该温度，材料不能够超导，即使在零磁场中)低于约30K。BCS理论未描述HTS材料的行为，而且这样的材料可能具有高于约30K的临界温度(但应注意，定义HTS和LTS材料的是在组成和超导操作方面的物理差异而不是临界温度)。最常用的HTS是“铜酸盐超导体”——基于铜酸盐(含有氧化铜基团的化合物)的陶瓷，例如BSCCO或ReBCO(其中Re是稀土元素，通常是Y或Gd)。其他HTS材料包括铁基材料(iron pnictides)(例如FeAs和FeSe)和二硼酸镁(MgB₂)。

ReBCO通常制造为带材，具有如图1所示的结构。这种带材100通常大约100微米厚，并且包括基底101(通常大约50微米厚的电解抛光哈氏合金)，在基底101上通过IBAD、磁控溅射沉积或其他合适的技术沉积一系列厚度约为0.2微米的缓冲层，该缓冲层称为缓冲堆叠102。外延ReBCO-HTS层103(通过MOCVD或其他合适的技术沉积)覆盖缓冲堆叠，并且通常为1微米厚。1微米-2微米的银层104通过溅射或其他合适的技术沉积在HTS层上，并且铜稳定器层105通过电镀或其他合适的技术沉积在带材上，这通常完全封装带材。

基底101提供了机械主干，其可以通过生产线进料并允许后续层的生长。缓冲堆叠102需要设置双轴织构的晶体模板，在该双轴织构的晶体模板上生长HTS层，并且缓冲堆叠102防止元素从基底化学扩散到HTS，这会损害其超导特性。银层104需要设置从ReBCO到稳定器层的低电阻界面，并且稳定器层105在ReBCO的任何部分停止超导(进入“正常”状态)的情况下提供替代电流路径。

此外，可以制造“剥离”HTS带材，其缺少基底和缓冲堆叠，而是在HTS层的两侧都有银层。具有基底的带材将被称为“基底”HTS带材。

HTS带材可以被布置在HTS电缆中。HTS电缆包括一个或多个HTS带材，这些HTS带材通过导电材料(通常为铜)沿它们的长度连接。HTS带材可以被堆叠(即，被布置成使得HTS层平行)，或者它们可以具有可以沿着电缆的长度而变化的一些其他布置的带材。HTS电缆的显著特例是单个HTS带材和HTS对。HTS对包括一对HTS带材，这一对HTS带材布置为使得HTS层平行。在使用基底带材的情况下，HTS对可以是0型(HTS层面向彼此)、1型(一个带材的HTS层面向另一个带材的基底)或2型(基底面向彼此)。包含多于2个带材的电缆可以将部分或全部带材布置在HTS对中。堆叠的HTS带材可以包括HTS对的各种布置，最常见的是1型对的堆叠或0型对和(或等效地，2型对)的堆叠。HTS电缆可以包含基底带材和剥离带材的混合。

广义而言，磁线圈有两种构造——通过缠绕或通过组装几个部分。如图2所示的缠绕线圈是通过将HTS电缆201以连续螺旋的形式卷绕线圈架202而制造的。线圈架成形为提供所需的线圈内周界，并且可以是最终缠绕线圈的结构部分或者可以在缠绕后移除。如图3示意性所示地，分段线圈由若干部分301组成，若干部分301中的每一个可以包含若干电缆或预制母线311并将形成整体线圈的弧。这些部分通过接头302连接以形成完整的线圈。虽然为清楚起见，图2和图3中线圈的线圈匝显示为间隔开，但通常存在连接线圈的线圈匝的材料——例如，线圈匝可以通过用环氧树脂灌封来加固。