[发明专利]高温超导体线缆

说明书

一种用于载送磁体的线圈中的电流的线缆。磁体包括HTS传输带和分流组件，该分流组件包括跨传输带的表面并排布置的两个或更多个HTS分流带。传输带和分流带中的每一个都包括基底层和高温超导体(HTS)材料的HTS层，分流带的层平行于传输带的层延伸。

技术领域

本发明涉及用于在磁体线圈中承载电流并包括高温超导体材料的线缆。特别地，但不排他地，本发明涉及一种核聚变反应器，该核聚变反应器包括磁性等离子体约束系统，该磁性等离子体约束系统包括缠绕有这种线缆的磁线圈。

背景技术

超导材料通常被分为“高温超导体(HTS)”和“低温超导体”(LTS)。LTS材料(诸如铌和NbTi)是金属或金属合金，其超导性可以用BCS理论来描述。所有的低温超导体都具有低于约30K的临界温度(其中，在该临界温度以上，即使在零磁场中，材料电不能起到超导作用)。HTS材料的行为不通过BCS理论进行描述，并且这种材料可能具有高于约30K的临界温度(尽管应该注意的是，限定HTS和LTS材料的是超导操作和成分方面的物理差异，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，诸如BSCCO或ReBCO(其中Re是稀土元素，通常为Y或Gd)。其他HTS材料包括铁基材料(例如，FeAs和FeSe)和二硼酸镁(MgB2)。

ReBCO通常被制造成带，其结构如图1所示。这种带100通常大约为100微米厚，并且包括基底101(通常为大约为50微米厚的电抛光的哈氏合金)，在该基底上，通过IBAD、磁控溅射或另一合适的技术沉积厚度大约为0.2微米的一系列缓冲层(称为缓冲叠层102)。外延ReBCO-HTS层103(通过MOCVD或其他合适的技术被沉积)覆盖缓冲叠层，并且通常为1微米厚。1-2微米的银层104通过溅射或另一合适的技术被沉积在HTS层上，并且铜稳定剂层105通过电镀或另一合适的技术被沉积在带上，这通常完全封装带。

基底101提供了可以通过制造线进送并允许后续层的生长的机械骨架。需要缓冲叠层102来提供在其上生长HTS层的双轴纹理化晶体模板，并防止元素从基底到HTS的化学扩散，其中这种化学扩散会损害其超导特性。需要银层104来提供从ReBCO到稳定剂层的低电阻界面，并且稳定器层105在ReBCO的任何部分停止超导(进入“正常”状态)的情况下提供替代性的电流路径。

HTS带可以被布置成HTS线缆。本文所指的HTS线缆包括一个或更多个HTS带，该一个或更多个HTS带通常通过导电材料(通常是铜)沿其长度连接。HTS带可以被堆叠(即被布置成使得HTS层是平行的)，或者HTS带可以具有一些其他的带布置，这些带可以沿着线缆的长度变化。值得注意的HTS线缆的特殊情况是单个HTS带和HTS对。HTS对包括一对HTS带，所述一对HTS带被布置成使得HTS层是平行的。在使用底层带的情况下，HTS对可以是类型-0(其中HTS层面向彼此)、类型-1(其中一个带的HTS层面向另一个带的基底)、或类型-2(其中基底面向彼此)。包括两个以上的带的线缆可以以HTS对的形式布置部分或全部带。堆叠的HTS带可以包括的HTS对的各种布置，最常见的是类型-1对的堆叠或者类型-0对和(或者等效地，类型-2对)的堆叠。

HTS带(以及一般而言超导体)的重要性质是“临界电流”(I_c)，该临界电流是在给定温度和外部磁场下HTS材料变得正常的电流。在超导体被认为已经“变得正常”的超导转变的特征点在某种程度上是任意的，但通常认为是当带每米生成E₀＝10或100微伏时。临界电流可能取决于许多因素，包括超导体的温度和超导体处的磁场。在后一种情况下，场强和超导体晶体轴在场中的取向两者很重要。