[发明专利]一种大载流临界电流样品杆的设计方法

说明书

本发明公开了一种大载流临界电流样品杆的设计方法，具体包括如下步骤：步骤1，计算超导线用量与低温端铜杆的横截面积；步骤2，根据步骤1的计算结果制作低温端超导复合电流引线；步骤3，计算常温端连接杆的横截面积；步骤4，根据步骤3的计算结果制作连接常温端的连接杆；步骤5，将步骤2制作的复合电流引线与步骤4制作的连接杆进行装配。本发明设计的电流样品杆能够最大载流至2500A，能够完成高临界电流超导体的测量。

技术领域

本发明属于超导材料性能测量技术领域，涉及一种大载流临界电流样品杆的设计方法。

背景技术

NbTi/Cu低温复合超导体是目前应用最广泛的低温超导体之一。科研用强磁场磁体、磁约束核聚变装置(Tokamak)、在核磁共振成像仪(MRI)、等各方面都有着很广泛的应用。NbTi/Cu低温复合超导体从结构上划分可以分成一体化超导体(monolithic结构)以及由一体化超导体镶嵌在铜槽线里制作成的超导体(Wire In Channel以下简称WIC线材)。

临界电流(I_c)指的是超导体在特定温度下(对于低温超导体通常是在液氦温度约4.2K)与特定背景磁场下无阻通过的最大电流。NbTi/Cu低温复合超导体的monolithic结构线材在一般科研用各类磁体以及磁约束核聚变装置等各类强磁场装置中应用较广，其线径较小，通常直径小于1mm，单根股线临界电流一般在800A以下(背景磁场4T时)；而WIC线材其截面形状接近矩形，截面积大，载流通常能达到2000A左右(背景磁场4T)，在医疗用核磁共振成像仪中普遍使用。

随着MRI技术的发展，越来越多的医院配备了MRI设备，因此WIC线材的需求量也逐渐增加，最初的临界电流样品杆，用的紫铜作为原材料，适用于载流1000A以下临界电流的测量。勉强测量大于1000A的电流时，其液氦消耗大幅增大，成本骤然增加，同时测量的微伏级电压信号受到沸腾液氦产生的大量氦气的影响，变得极不稳定，常常会导致测量失败。

发明内容

本发明的目的是提供一种大载流临界电流样品杆的设计方法，该方法设计的电流样品杆能够最大载流至2500A，能够完成高临界电流超导体的测量。

本发明所采用的技术方案是，一种大载流临界电流样品杆的设计方法，具体包括如下步骤：

步骤1，计算超导线用量与低温端铜杆的横截面积；

步骤2，根据步骤1的计算结果制作低温端超导复合电流引线；

步骤3，计算常温端连接杆的横截面积；

步骤4，根据步骤3的计算结果制作连接常温端的连接杆；

步骤5，将步骤2制作的复合电流引线与步骤4制作的连接杆进行装配。

本发明的特点还在于，

步骤1中超导线用量的计算过程为：

设已知载流能力的NbTi/Cu与Nb₃Sn/Cu低温复合超导线根数分别为n₁与n₂，考虑线材使用的失超风险，设置安全系数为γ；

则NbTi/Cu低温复合超导线的实际所需根数n _NbTi为：

n_NbTi＝n₁/γ；

Nb₃Sn/Cu低温复合超导线的实际所需根数n_Nb3Sn为：

n_Nb3Sn＝n₂/γ；

低温端铜杆的最小横截面积S₁计算公式如下：