[发明专利]氧化物超导线、螺线管、磁场发生装置及氧化物超导线的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及应用氧化物超导体产生强磁场的装置。更具体地，本发明涉及新型氧化物超导线，该新型氧化物超导线适用于诸如科学仪器、核磁共振分析装置及医疗用核磁共振成像装置等需要均匀强磁场的装置中。本发明还涉及应用该氧化物超导线的螺线管、磁场发生装置及该氧化物超导线的制造方法。

背景技术

一般地，超导磁装置应用在以下两种领域：一种是只要产生磁场，不考虑磁场的均匀性及稳定性，另一种是磁场性能即磁场的均匀性和稳定性须作为一个重要考虑因素。通常在诸如物理性能测定的研究工作及医疗用磁场发生装置中需要后一种高均匀、高稳定磁场。所以高性能超导磁体技术是很有必要的。该超导磁体通常以诸如铌-锡超导体和铌-钛超导体的高精度加工线材制成，在严格质量管理下将超导线缠绕成螺线管，这样得到的超导磁体以超稳定电源或以永久电流方式运行，由此产生的磁场具有很高的时间稳定性和空间稳定性。近年来，已在可产生高均匀磁场的磁体方面取得重大进展。出现了磁场强度可达20T的磁体，满足了核磁共振分析装置的需求。但是，由于现有金属材料固有的临界磁场，传统方法可以产生的磁场强度限于约20T。为打破这个界线，必须应用氧化物超导体。

如应用物理杂志第35卷，1996，第二部分，第L623-626页中所报道的，应用氧化物超导体的磁场发生装置中的线圈通过将带状线材缠绕成双层饼状而形成。该线圈适于产生22T以上的磁场，通过传统金属超导体不能得到这种磁场。但该线圈的缺点是不能产生均匀磁场。这种问题的原因是由于导体为带状，该带缠绕成饼状线圈，并且是多个线圈层叠。如材料科学杂志第30卷，1995，第3200-3206页中所报道的，解决这种问题的途径之一是使用圆形横截面的导体，并将其缠绕为螺线管以用作磁体。这种导体可产生相对较强、较均匀的磁场；但是，由于它的临界电流密度(Jc)仅为带状线材的五分之一以下，所以它不能产生所期望的磁场。通过将带状线材缠绕为螺线管易于得到强的磁场，但由于带状线材外部尺寸的精度的原因，它很难实现足够均匀的磁场。

圆形横截面线材通常通过冲模进行拉延加工而制成，与带状线材相比，它具有较高的精度(微米级)，因此适合于产生均匀磁场。作为比较，通过压延加工形成带状线材，其加工精度(宽度与厚度)通常限于10微米级。因此，当它缠绕数千圈后，圈数会由于不均匀的外形加工精度而不同，导致产生不均匀的磁场。由于这种原因，需要可以同时满足高电流密度及高机械加工精度的用来产生强、均匀磁场的新型氧化物超导线。

发明的公开

本发明的目的是为了提供具有高形状精度并可产生均匀强磁场的氧化物超导线。本发明的另一个目的是为了提供由氧化物超导线制成的螺线管。术语“均匀磁场”意思是磁场变化小于0．1％，最好小于0．01％。术语“强磁场”意思是磁场强度在22T以上。过去，通过由氧化物超导线形成的磁体很难产生磁场，很难产生均匀强磁场。

其主要原因是由于氧化物超导体为各向异性大的物质。当通过压延加工将其制成带状线材后，所得线材可以在10T以上的磁场中产生约为50-100A／mm²的线圈电流密度。但是，当通过拉延加工制成圆形线材后，所得到的线材仅能产生10-20的A／mm²电流密度。

本发明的目的是为了提供具有高形状精度并且具有高临界电流密度的、可以产生均匀强磁场的氧化物超导线，并提供由氧化物超导线制成的螺线管及磁场发生装置。

根据本发明，可以制成具有高形状精度的氧化超导线而无须降低其电流密度。本发明的第一方面是氧化物超导线，其特征在于：该线材在垂直于其长度的方向上基本上为圆形横截面，该横截面包含若干单元，每个单元包含多个带状氧化物超导体，每个单元中的带沿垂直长度的方向在截面内以与带表面呈约60度的角度叠层。该单元在横截面内基本上为菱形，横截面内至少含有三个不同单元，该单元相对带叠层的方向以120度旋转对称方式排列，并且菱形的至少一个边与邻近单元接触。

即，本发明中氧化物超导线的特征在于，该氧化物超导线在垂直于其长度的方向具有圆形横截面，且该横截面内包含氧化物芯件，该氧化物芯件为旋转对称排列。这种旋转对称在圆形横截面内可以为3次、4次或6次旋转对称。对于需紧密填充的氧化物，芯件优选为正三角形的对称性。可以理解，用具有3次对称性的菱形排列可以得到最密排比(即氧化物的横截面面积与总横截面面积之比)，其中，每个菱形包含两个正三角形。