管內(nèi)電纜導(dǎo)體的研制及性能分析與研究.pdf

1、管內(nèi)電纜導(dǎo)體(Cable-In-Conduit Conductors)具有良好的自支撐、較低的交流損耗、所需低溫冷卻介質(zhì)少、運(yùn)行安全可靠、性能高等特點(diǎn)，是目前國(guó)際上公認(rèn)的受控?zé)岷司圩冄b置中的大型超導(dǎo)磁體、大型超導(dǎo)儲(chǔ)能磁體以及大型超導(dǎo)強(qiáng)磁場(chǎng)磁體等裝置的首選導(dǎo)體。作為新一代全超導(dǎo)托卡馬克的EAST裝置和ITER裝置，其磁體均采用了管內(nèi)電纜導(dǎo)體。超導(dǎo)導(dǎo)體性能的優(yōu)劣會(huì)直接影響整個(gè)核聚變裝置的穩(wěn)定運(yùn)行，甚至直接關(guān)系到整個(gè)裝置建設(shè)的成敗。本文針對(duì)I

2、TER導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的改進(jìn)、加工、超導(dǎo)導(dǎo)體短樣的性能分析，以及EAST磁體及磁體系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)分析和理論研究，優(yōu)化CICC導(dǎo)體設(shè)計(jì)，并通過(guò)對(duì)超導(dǎo)導(dǎo)體和磁體的性能分析，為超導(dǎo)托卡馬克裝置的穩(wěn)定運(yùn)行提供參考。
　　 本文首先根據(jù)ITER導(dǎo)體的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，利用與超導(dǎo)股線相同規(guī)格的銅線，研制了一條ITER裝置的TF電纜啞纜，為超導(dǎo)電纜的加工積累經(jīng)驗(yàn)；并在ITER導(dǎo)體設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，對(duì)PF導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，完善導(dǎo)體設(shè)計(jì)。通過(guò)研究超導(dǎo)股線發(fā)熱和氦冷

3、卻的熱平衡關(guān)系，提出0維CICC導(dǎo)體失超模型；再通過(guò)該模型，考慮SULTAN超導(dǎo)短樣的自場(chǎng)效應(yīng)和平均電場(chǎng)，從而利用該模型，根據(jù)股線的實(shí)驗(yàn)性能，預(yù)測(cè)CICC導(dǎo)體短樣的直流性能，為分析CICC導(dǎo)體短樣性能提供理論方法。其次根據(jù)EAST極向場(chǎng)大線圈的模型線圈的性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果，按照量熱法原理，通過(guò)計(jì)算氦的焓值，對(duì)線圈在一次典型放電過(guò)程中的發(fā)熱進(jìn)行了計(jì)算，再通過(guò)交流損耗的理論計(jì)算公式，根據(jù)模型線圈的計(jì)算結(jié)果，對(duì)極向場(chǎng)大線圈在一個(gè)典型放電過(guò)程中的

4、發(fā)熱進(jìn)行了估算，直接為極向場(chǎng)大線圈在EAST裝置中的穩(wěn)定運(yùn)行提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。同時(shí)根據(jù)EAST縱場(chǎng)線圈性能測(cè)試的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，推算縱場(chǎng)線圈在不同工作電流和工作溫度下的溫度裕度；另根據(jù)EAST導(dǎo)體短樣的測(cè)試結(jié)果以及超導(dǎo)磁體最高場(chǎng)的計(jì)算結(jié)果，推導(dǎo)出縱場(chǎng)線圈的負(fù)載線，對(duì)縱場(chǎng)線圈的性能進(jìn)行評(píng)估，直接為縱場(chǎng)線圈在EAST裝置中的穩(wěn)定運(yùn)行提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。最后研究了EAST極向場(chǎng)線圈在等離子體放電過(guò)程中的熱負(fù)荷。在等離子體放電過(guò)程中，極向場(chǎng)線圈系統(tǒng)和等離子體電

5、流的快速變化，會(huì)引起極向場(chǎng)線圈內(nèi)部磁場(chǎng)的快速變化，從而在磁體中感應(yīng)出大量的交流損耗，使得極向場(chǎng)線圈產(chǎn)生很大的熱負(fù)荷。本論文通過(guò)將極向場(chǎng)線圈分割成有限個(gè)載流圓環(huán)，簡(jiǎn)化計(jì)算模型，通過(guò)求解橢圓積分，計(jì)算出極向場(chǎng)線圈系統(tǒng)和等離子體電流變化引起的磁場(chǎng)分布，從而計(jì)算出極向場(chǎng)線圈在等離子體放電過(guò)程中的熱負(fù)荷，并根據(jù)磁體運(yùn)行的熱工水力條件估算出極向場(chǎng)線圈在等離子體放電過(guò)程中的最高溫升，為極向場(chǎng)線圈在EAST裝置中的穩(wěn)定運(yùn)行提供理論依據(jù)。同時(shí)，利用相同的