BEPC-Ⅱ对撞区超导磁铁失超保护系统逻辑
30 4 2006 4
HIGH ENERGY PHYSICS AND NUCLEAR PHYSICS
Vol.30,No.4
Apr.,2006
Logic of Quench Protection Assembly for BEPC Interaction Region Superconducting Magnet
CHEN Fu-San1)CHENG Jian2)
(Institute of High Energy Physics,CAS,Beijing100049,China)
Abstract Two superconducting magnet complexes are used in BEPC interaction region.The corre-sponding quench protection system divides all related faults into two classes and takes di?erent protection actions according to the urgency degree.Since BEPC has two operating modes and the superconducting magnets use di?erent power supplies in di?erent operating modes,the quench protection system must take the mode switching into consideration.
Key words BEPC IR superconducting magnet complex,quench protection system,quench protection logic
1Introduction
BEPC is an upgrade project of BEPC,the Beijing Electron Positron Collider.It is designed not only as an electron-positron collider in the en-ergy range of1.55GeV to1.89GeV,but also as a dedicated synchrotron radiation facility at the en-ergy of2.5GeV.In order to meet the machine re-quirements,a superconducting magnet complex will be used on each side of the interaction point(IP). The BEPC interaction region(IR)superconduct-ing magnet complex consists of3anti-solenoid(AS1, AS2,AS3),1quadrupole(SCQ),1dipole(SCB,also used as a horizontal dipole corrector HDC in collider mode)and2sets of corrector coil(VDC,SKQ).AS1, AS2and AS3,together named AS,are powered with one1300A unipolar power supply in series while AS2 and AS3have their independent trim power supplies to achieve?ne tuning[1—3].The magnet coil layout is shown in Fig.1and the power connection con?g-uration for AS is shown in Fig.2.Table1gives the main parameters of the magnet
coils.
Fig.1.The coil layout
schematic.
Fig.2.The power connection con?guration for AS.
Simulations indicate that the stored energy at the operating current is high enough to burn the coils if the magnet quenches without a protection system[3]. An active quench protection system is necessary to switch o?the power supplies and extract the stored
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inductance/operating stored power supply mH current/A energy/kJ I R/A
2Quench protection assembly and power supply
The quench protection assembly acts as a switch between the power supply and the magnet.When QPA receives the fault signal from QPAIC,it shuts o?the power supply and triggers the IGBT driver board to open IGBT.The power feeding loop is interrupted and a dump loop is set up while IGBT is opened.The dump resistor and snubber circuit are switched into the dump loop to extract the stored energy from the magnet.Snubber circuit can remarkably reduce the instant voltage pulse at the moment of dump resistor switching into the dump loop[4].
The magnet uses three types of power supplies: 1300A unipolar,580A unipolar and65A bipolar,also called corrector power supplies.A di?erent type of QPA is used for unipolar and bipolar power supply.Fig.3and Fig.4give the inner structure of
QPA.
Fig.3.The quench protection assembly block
diagram for unipolar power
supply.
Fig.4.The quench protection assembly block
diagram for bipolar power supply.
The power supplies and QPAs must be?oat to ground.The whole system is grounded through the mid-point of dump resistor and snubber circuit.This connection method halves the maximum absolute voltage induced in the coils to ground.The ground current is monitored as a safety interlock parameter.
3Quench protection assembly inter-face chassis and protection logic
The quench protection assembly interface chas-sis is the brain of the whole system.Fig.5is the structure of the QPAIC cage,which is composed of a group of PLCs,a monitor computer,a PSI module and a UPS module.
4 BEPC 351
?rst-line fault secondary fault
3.3Function of quench protection assembly
interface chassis
QPAIC receives those entire fault signals listed in
Table2,makes a judgment based on the protection
logic and sends commands to the related subsystems.
Fig.6shows the logic diagram of QPA and QPAIC.
De?nition of“system ready”
If all power supplies,QPA,and relevant systems
have no fault and all power supplies’main loop turns
on(PS Ready),QPAIC sends a“System Ready”sig-
nal to central the control system.
Precondition of current ramping
When the Local/Remote switch on power supply
turns to“Remote”,any ramping operation on local
is disabled.Only when the Set-Point is zero,can
the central control system turn on the power loop
(PS Ready).The central control system enables the
ramping operation only when the“System Ready”
signal is received.
Protection actions for?rst-line faults
QPAIC sends a“?rst-line fault”signal to all con-
trollers for PS and QPA on the fault occurrence side.
The controllers turn o?the power loop and open the
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4 BEPC 353
download.htm 2YIN Z,QU H,WU D et al.Superconducting Magnet Design for BEPC Interaction Region.Proceedings of the Second Asian Particle Accelerator Conference.Beijing,20013Design Report for the BEPC Superconducting IR Mag-net,BNL/SMD.2003.https://www.wendangku.net/doc/327345713.html,/magnets/
BEPC /DesignreportBEPC2v1
2005–08–15 ,2005–10–11
1)E-mail:chenfs@https://www.wendangku.net/doc/327345713.html,
2)E-mail:chengj@https://www.wendangku.net/doc/327345713.html,
超导磁体
4.9 超导磁体 4.9.1 概述 磁体系统是谱议的关键部件之一，它提供高强度和一定均匀度的恒定磁场，供主漂移室测量带电粒子的径迹，用以研究基本粒子间的相互作用和规律。超导磁体利用轭铁提供磁场回路。 根据BESIII 物理工作的需要，要求主漂移室有高的动量分辨率，但主漂移室的动量分辨率主要由室内物质的多次库仑散射决定，此时改进室的空间分辨率和测量次数（增加灵敏丝的层数）以改进测量统计性都不能改进动量分辨率，而增加磁场强度可以达到这一目的。但另一方面，如果磁场强度过高，更多的低能量粒子会陷在漂移室内打圈而很难测量。综合各种因素，选择北京谱仪磁铁的中心磁场设计值为1.0T 。 为避免在粒子径迹拟合时做过多的离线计算机校正，要求径迹区内磁场不均匀度较小。但由于线圈工艺复杂，体积宏大，加工生产中必然会产生不圆度。另外由于各子探测器电子学的需要，轭铁上电缆孔很多，参照BESII 的情况，目前仍将不均匀度指标定在≤5%。基于主漂移室IV 动量分辨率的要求，磁场测量精度应≤0.1%。 4.9.2 超导磁体设计 4.9.2.1 磁体基本参数设计及计算 根据北京谱仪BESIII 的物理要求，参照国际上同类磁体的设计进经验，确定采用单层线圈结构，间接冷却方式，超导电缆采用基于纯铝稳定体的设计。根据总体和内部子探测器的尺寸要求，初步确定磁体外形尺寸长度为4.91m ，内直径为2.75m ，外直径为3.4m ，线圈的长度为3.52m ，线圈中心直径为2.95m 。 若取线圈电流I 为3000A ，nI B 00μ=，其中T B 10=，可得1m 长的线圈匝数为n ≈266匝，超导电缆沿线圈轴向方向的厚度为3.7mm ，考虑到匝间的绝缘层的厚度后，线圈总匝数为921匝。考虑到线圈绕制时，由于超导电缆的连接会减少线圈的有效匝数，现将工作电流定为3150A 。 线圈的储能l D B l S B V B H E ???=??? =?=42121)21(2 0202πμμ = 9.5兆焦耳。从 n D B n S B ??=??=Φ42π=6063.6韦伯，dt dI L dt d =Φ，I L Φ =得出电感L = 2.1亨利。 考虑到在发生失超时，线圈吸收全部储能，最大温升控制在70K 以下，从超导电缆的焓差，可以确定超导电缆沿线圈径向方向的高度尺寸为20mm 。 超导线圈通电后，会产生很大的径向扩张力，需要设计一个支撑圆筒来箍住线圈，支撑筒必须是无磁材料，具有良好的焊接性能和机械强度。国外一般采
高温超导储能系统
高温超导储能系统 一、什么是超导储能系统？ 超导储能系统（Superconducting Magnetic Energy Storage, SMES）是利用超导线圈将电磁能直接储存起来，需要时再将电磁能返回电网或其它负载的一种电力设施，一般由超导线圈、低温容器、制冷装置、变流装置和测控系统部件组成。 超导储能系统可用于调节电力系统峰谷（例如在电网运行处于其低谷时把多余的电能储存起来，而在电网运行处于高峰时，将储存的电能送回电网），也可用于降低甚至消除电网的低频功率振荡从而改善电网的电压和频率特性，同时还可用于无功和功率因素的调节以改善电力系统的稳定性。超导储能系统具有一系列其它储能技术无法比拟的优越性： （1）超导储能系统可长期无损耗地储存能量，其转换效率超过90%； （2）超导储能系统可通过采用电力电子器件的变流技术实现与电网的连接，响应速度快（毫秒级）； （3）由于其储能量与功率调制系统的容量可独立地在大范围内选取，因此可将超导储能系统建成所需的大功率和大能量系统； （4）超导储能系统除了真空和制冷系统外没有转动部分，使用寿命长； （5）超导储能系统在建造时不受地点限制，维护简单、污染小。 目前，超导储能系统的研究开发已经成为国际上在超导电力技术研究开发方面的一个竞相研究的热点，一些主要发达国家（例如美国、日本、德国等）在超导储能系统的研究开发方面投入了大量的人力和物力，推动着超导储能系统的实用化进程和产业化步伐。 二、开发超导储能系统的必要性 由于电力系统的“电能存取”这一环节非常薄弱，使得电力系统在运行和管理过程中的灵活性和有效性受到极大限制；同时，电能在“发、输、供、用”运行过程中必须在时空两方面都达到“瞬态平衡”，如果出现局部失衡就会引起电能质量问题（闪变），瞬态激烈失衡还会带来灾难性电力事故，并引起电力系统的解列和大面积停电事故。要保障电网安全、经济和可靠运行，就必须在电力系统的关键环节点上建立强有力的电能存取单元（储能系统）对系统给与支撑。基于以上因素，电能存取技术越来越受到各国能源部门和电力部门的重视。 超导储能系统由于其存储的是电磁能，这就保证超导储能系统能够非常迅速
超导磁体电源
M o d e l 430 P o w e r S u p p l y P r o g r a m m e r S p e c i f i c a t i o n s f o r A M I ’s S t a n d a r d S y s t e m s @ 25o C Standard Model 430 Configurations: Programmable Limits Magnet Current Control Parameter ±5 A ±10 A +100 A ±125 A +200 A ±250 A +300 A +500 A Accuracy a (A) with Standard Shunt System: 0.002 0.004 0.04 0.05 0.08 0.1 n/a b n/a b Accuracy c (A) - High Stability System: 0.00025 0.0005 0.005 0.0063 0.01 0.0125 0.015 0.025 Stability a (A) with Standard Shunt System: 0.001d 0.002d 0.02d 0.025d 0.04d 0.05d n/a b n/a b Stability c (A) - High Stability System: 0.00005 0.0001 0.001 0.001250.002 0.0025 0.003 0.005 Minimum Ramp Rate (mA/min): 0.01 0.01 0.01 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 Maximum Ramp Rate (A/sec): 1 1 1 10 20 20 30 30 a After 20 minutes; stability and accuracy of systems 250 A and less b are improved more than a factor of 10 with the optional high-stability (flux-gate) system. b Systems larger than 250 A include the high stability (flux-gate) option as the standard configuration. c After 10 minutes; d Drift is further reduced to half that shown after 60 minutes. Model 430 Power Supply Programmer and Integrated Magnet Power Supply Systems Shown here: AMI’s most popular Magnet Power Supply System, the Model 4Q06125PS-430 Model 430 Programmer Integrated Power Supply Systems The AMI Model 430 Power Supply Programmer is a sophisticated digital power supply controller that allows an operator to manage a superconducting magnet system with unprecedented accuracy and ease. The Model 430 is designed to control a wide range of single, dual, and four-quadrant linear and switching power supplies. The most frequently used functions are accessible via single keystroke or shift plus keystroke. For other functions, a menu driven format guides the user to enter inputs using the push button front panel interface. AMI Integrated Magnet Power Supply Systems incorporate the digitally based Model 430 Power Supply Programmer which provides simplified, flexible operation with precise low drift magnet current control. Standard systems are mounted in rugged 19” rack-style cabinets. Standard 4-quadrant systems range from 5 A to 250 A, while the standard bipolar current ratings range from 100 A to 500 A. Bipolar systems incorporate the AMI Model 601 Energy Absorber to achieve bipolar operation and allow fast ramp down with a unipolar power supply. Multi-axis Systems Multiple Model 430 Power Supply Programmers can control a multi-axis magnet system for virtual rotation of the magnetic field. An infinite combination of field vectors is possible when the coils of the multi-axis magnet system are energized and controlled independently and simultaneously.
超导磁储能系统(SMES)及其在电力系统中的应用
高温超导磁储能系统及在电力系统中的应用 一、超导磁储能基本原理 1、什么是超导磁储能系统？ 超导储能系统（Superconducting Magnetic Energy Storage, SMES）是利用超导线圈将电磁能直接储存起来，需要时再将电磁能返回电网或其它负载的一种电力设施，一般由超导线圈、低温容器、制冷装臵、变流装臵和测控系统部件组成。 超导储能系统可用于调节电力系统峰谷（例如在电网运行处于其低谷时把多余的电能储存起来，而在电网运行处于高峰时，将储存的电能送回电网），也可用于降低甚至消除电网的低频功率振荡从而改善电网的电压和频率特性，同时还可用于无功和功率因素的调节以改善电力系统的稳定性。超导储能系统具有一系列其它储能技术无法比拟的优越性： （1）超导储能系统可长期无损耗地储存能量，其转换效率超过90%； （2）超导储能系统可通过采用电力电子器件的变流技术实现与电网的连接，响应速度快（毫秒级）； （3）由于其储能量与功率调制系统的容量可独立地在大范围内选取，因此可将超导储能系统建成所需的大功率和大能量系统； （4）超导储能系统除了真空和制冷系统外没有转动部分，使用寿命长； （5）超导储能系统在建造时不受地点限制，维护简单、污染小。 目前，超导储能系统的研究开发已经成为国际上在超导电力技术研究开发方面的一个竞相研究的热点，一些主要发达国家（例如美国、日本、德国等）在超导储能系统的研究开发方面投入了大量的人力和物力，推动着超导储能系统的实用化进程和产业化步伐。 2、储能工作原理 SMES在电力系统中的应用首先是由Ferrier在1969年提出的。最初的设想是将超导储能用于调节电力系统的日负荷曲线。但随着研究的深入，人们逐渐认识到调节现代大型电力系统的日负荷曲线需要庞大的线圈，在技术和经济上存在着困难。现在，SMES在电力系统应用中的研究重点主要着眼于利用SMES四象限的有功、无功功率快速响应能力，提高电力系统稳定性、改善供电品质等。超导磁能储存的概念最开始来自于充放电时间很短的脉冲能量储存，大规模能量储存开始于电器元件，其原理就是电能可以储存在线圈的磁场中。如果线圈是由超导材料制成，即保持在临界温度以下，即使发生变化，电流也不会发生衰减。线圈卸载荷，可以将电流释放回电路中去。 电流I循环储存在线圈中的能量E为
ITER超导磁体线圈电磁分析_刘勃
低温与超导第39卷 第1期 超导技术 Superconductivity C ryo .&Supercond . V o.l 39 N o .1 收稿日期:2010-09-20 作者简介:刘勃(1985-),在读博士,研究方向:ITER 超导导体测试与分析。 I T ER 超导磁体线圈电磁分析 刘勃,武玉 (中科院等离子体物理研究所,合肥230031) 摘要:I TER 装置CS 线圈、PF 线圈、T F 线圈是ITER 装置超导磁体系统的重要组成部分。电磁性能是超导磁体重要的方面,在研制时对各个线圈的电磁分析是十分重要的。文中通过PRO /E 建立模型用Ansy s 软件,对ITER 导体的线圈在其最大工作电流下进行有限元分析,分析的模型分别为:只有CS 线圈与PF 线圈二维模型;单独TF 线圈三维模型;所有线圈的三维模型。 关键词:I TER ;超导;A nsys ;有限元;CICC E lectro m agnetic ana l y sis of superconducting m agnet coils ITER L i u Bo ,W u Y u (Instit ute o f P l as m a Physics ,Chinese A cade m y of Sc i ences ,H e fe i 230031,Ch i na) Abstrac t :Central So leno i d (CS),P o l o i da l F ield (PF )and T oro i dal F i e l d (TF )co ils w ere i m po rtant components o f I TER superconduc ting m agnetic syste m.E lectromagneti c prope rties we re an i m portant aspect of superconducti ng m agnets ,so it was very i m portant to ana l yse the e l ectro m agnetic when deve l op ment o f each coi.l In t h i s paper we used PRO /E to buil d mode l and usedAN-S Y S to ana l yse t he I T E R conductor o f the coil a t its m ax i m u m operati ng current .The analysism odel were respecti ve l y t wo -d i m en -si ona lm odel of only CS and PF coi,l separate t hree-d i m ensiona lmodel of TF co il and a ll t hree-di m ensiona lmodel of t he coi.l K eyword s :I TER,Superconductor ,F i n ite E le m ent ,C ICC 1 引言 国际热核聚变试验堆是正在进行的一个国际 大科学工程,目的是建造一个可自持燃烧的超导托卡马克聚变实验堆,以便对未来聚变反应堆和商用聚变堆的物理问题和工程问题做深入的探索。装置主要由超导磁体系统、外真空杜瓦、内外冷屏、真空室及其内部部件和磁体馈线系统等部件组成。其中超导磁体系统包括6个极向场磁体线圈(PF),18个纵向场磁体线圈(TF),1个中心磁体螺线管线圈(CS)和18个校正场线圈(CC )。极向场磁体线圈产生极向磁场,来控制等离子体的位置和形状;纵向场磁体线圈产生纵向磁场来约束等离子体的运动;中心螺线管产生垂直磁场,激发并加热等离子体;校正场线圈用于补偿各种误差引起的磁场分布误差[1,2] 。 I TER 大型超导磁体的场强、储能大,对磁体的结构、制造工艺等都提出了较高的要求。由于电磁性能是超导磁体很重要的一个方面,所以我 们需要了解不同的磁体的工作环境是十分必要的,这是基于物理目标的需要提供准确的电磁参数,开展电磁分析是具体结构设计和分析的基础。 2 分析软件简介 2.1 Ansys 软件 ANSYS 软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国AN -SYS 开发,它能与多数CAD 软件接口,实现数据的共享和交换,如Pr o /Eng i n eer 、NASTRAN 、I -DE AS 、AutoCAD 等,是现代产品设计中的高级CAD 工具之一。 Ansys 以M axw ell 方程组作为电磁分析为为出发点,有限元方法计算的未知量主要是磁位和电位。其他的诸如磁场磁通密度、电流密度、能量、力、损耗、电感和电容主要可以由这些自由度导出 [3] 。
高温超导体发展趋势
超导材料具有的高载流能力和低能耗特性，使其可广泛用于能源、 交通、医疗、重大科技工程和现代国防等领域。超导技术是具有巨大 发展潜力的高技术。以铌钛和铌三锡为主的实用低温超导体的研究和 开发起始于20世纪60年代，到70年代开始广泛用于磁体技术。目前已在两方面形成了较大规模的应用。一是重大科技工程方面，主要是高 能物理研究所需的大型粒子加速器，如正在欧洲建造的周长为27km的 大型质子碰撞机LHC，以及热核聚变反应装置，如ITER和LHD等；二是在医疗诊断方面正在广泛应用的核磁共振成像系统MRI和具有较高科学 与应用价值的核磁共振谱仪NMR。 高温超导体自1986年被发现以来，在材料的各个方面，尤其是成 材技术和超导性能方面取得了很大的进展。与此同时，各种应用开发 研究也已广泛展开，并且取得了可喜的成果。HTS材料具有较高的临界 温度（Tc）和上临界磁场（Hc2），从而使超导技术的应用在材料方面 有了更广泛的选择。首先高温超导材料可以使超导技术在液氮温区实 现应用，高Hc2值使高温超导材料成为制造高场磁体（＞20T）的理想 选择。近年来，千米长线（带）材的成功制造，已使高温超导材料在 电力能源方面的应用成为现实。这些应用包括：磁体、输电电缆、电 动机、发电机、变压器、故障电流限制器等。用高温超导材料制成的 不同量级（1～20kA）的电流引线已于90年代初实现商品化，并广泛应 用于各种超导磁体系统，使得低温超导磁体可由G－M致冷机冷却，无 需液氦，实现了超导磁体可长时间稳定运行的目标。从目前的发展现 状和趋势，可以清楚地预见，在今后20年内，高温超导技术将在广泛 的领域走向实用化和商品化。 目前已发现的高温超导材料都属于氧化物陶瓷材料，不易加工成 材。同时，很强的各异性和极短的相干长度使得高临界电流密度（ Jc）只能在使晶体高度取向的情况下才能实现。在众多的高温超导材 料中，铋锶钙铜氧体系和钇钡铜氧体系最具有实用价值，所以线（带） 材的研究开发主要集中在这两类超导体。超导体的实际应用除了需要 高Jc之外，还需要材料有相当的长度（＞1km）和良好的机械性能及热 稳定性。所以同金属材料复合是必由之路。银（银）及其合金由于其 良好的稳定性和塑性，成为合适的高温超导线材基体材料。经过十余 年的研究和开发，高温超导线（带）材已取得重大进展。 铋－2223线（带）材铋－2223超导体具有较高的超导转变温度（Tc～110K）和上临界磁场（Hc2，0～100T）。特别是其层状的晶体 结构导致的片状晶体很容易在应力的作用下沿铜－氧面方向滑移。所 以，利用把铋－2223先驱粉装入银管加工的方法（PIT法），经过拉拔 和轧制加工，就能得到很好的织构。另外，在铋－2223相成相热处理 时，伴随产生的微量液相能够很好地弥合冷加工过程中产生的微裂纹， 从而在很大程度上克服了弱连接的影响。正由于这两个基本特性，使 人们通过控制先驱粉末、加工工艺及热处理技术，成功地制备出了高 Jc（＞104A／cm2，77K）长带。 目前世界上已有多家公司在开发和生产铋－2223带材。处于前列
高温超导
高温超导实验 姓名：李首卿学号：201311141049 【摘要】超导由于其独特而优异的性质具有广泛而深刻的研究价值，本实验通过对氧化物高温超导材料特性的测量和演示，加深了我们对于超导体零电阻现象和迈斯纳效应这两个基本特性的理解。并且我们通过掌握对低温获得、控制、测量的低温物理实验的基本方法，了解到金属和半导体的电阻随温度的变化以及温差电效应。 关键词：高温超导零电阻现象迈斯纳效应电阻温度特性 一、引言 从荷兰的物理学家卡墨林·翁纳斯发现低温超导体，到BCS超导微观理论问世，再到高温超导的发现，人类不断地努力探索认识超导材料，开发应用超导技术。而随着人们将超导现象温度的提高，这个环境苛刻要求的降低为超导技术在各方面的应用开辟了十分广阔的前景。如今，超导技术广泛地应用于人类生活的方方面面，如：超导计算机、超导磁悬浮列车、超导重力仪和计量标准等。超导给我们的生活带来了巨大的影响。 二、实验原理 1、零电阻现象：只有在直流电情况下才有零电阻现象，当我们测量端电压时， 当温度稍低于液氦的正常沸点时，物体电阻突然跌落到零，这就是所谓的零电阻现象或导电现象。通常把具有这种超导电性的物体，称为超导体； 2、迈斯纳效应：不管加磁场的次序如何，超导体内的磁场感应强度总等于零。 超导体即使在处于外磁场中冷却到超导态，也永远没有内部磁场，它与外磁场的历史无关，这个效应我们称之为迈斯纳效应； 3、超导临界温度：当电流、磁场及其他外部条件（如应力、辐照）保持为零或 不影响转变温度测量的足够低值时，超导体呈现超导态的最高温度。我们有以下定义作为参数： 1)起始转变温度T c onset：降温过程中电阻温度曲线开始从直线偏离的温度； 2)中点温度T cm：待测样品电阻从起始转变处下降到一半时对应的温度， 我们也把它称作临界温度T c，通常所说的超导转变温度； 3)转变宽度?T c：把电阻变化从10%到90%所对应的温度间隔，其大小反映 了材料品质的好坏； 4)零电阻温度T c0：电阻刚刚完全降到零时的温度称为完全转变温度即零电
国产高场磁共振注册一览表
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高温超导材料论文 最新
高温超导材料研究 摘要：简要介绍了高温超导材料及其发展历史，对超导材料的发展现状和用途进行说明，对目前超导材料的主要研制方法进行了分析。 关键词：超导材料研究进展高温应用 一、高温超导材料的发展历史 高温超导材料一般是指临界温度在绝对温度77K以上、电阻接近零的超导材料，通常可以在廉价的液氮（77K）制冷环境中使用，主要分为两种：钇钡铜氧（YBCO）和铋锶钙铜氧(BSCCO)。钇钡铜氧一般用于制备超导薄膜，应用在电子、通信等领域；铋锶钙铜氧主要用于线材的制造。 1911年，荷兰莱顿大学的卡末林·昂尼斯意外地发现，将汞冷却到-268.98°C时，汞的电阻突然消失；后来他又发现许多金属和合金都具有与上述汞相类似的低温下失去电阻的特性，由于它的特殊导电性能，卡末林·昂尼斯称之为超导态，他也因此获得了1913年诺贝尔奖。 1933年，荷兰的迈斯纳和奥森菲尔德共同发现了超导体的另一个极为重要的性质，当金属处在超导状态时，这一超导体内的磁感应强度为零，却把原来存在于体内的磁场排挤出去。对单晶锡球进行实验发现：锡球过渡到超导状态时，锡球周围的磁场突然发生变化，磁力线似乎一下子被排斥到超导体之外去了，人们将这种现象称之为“迈斯纳效应”。 自卡麦林·昂尼斯发现汞在4.2K附近的超导电性以来，人们发现的新超导材料几乎遍布整个元素周期表，从轻元素硼、锂到过渡重金属铀系列等。超导材料的最初研究多集中在元素、合金、过渡金属碳化物和氮化物等方面。至1973年， 发现了一系列A 15型超导体和三元系超导体，如Nb 3 Sn、V 3 Ga、Nb 3 Ge，其中Nb 3 Ge 超导体的临界转变温度(T c)值达到23.2K。以上超导材料要用液氦做致冷剂才能呈现超导态，因而在应用上受到很大限制。1986年，德国科学家柏诺兹和瑞士科学家穆勒发现了新的金属氧化物超导材料即钡镧铜氧化物(La-BaCuO)，其T c为35K，第一次实现了液氮温区的高温超导。铜酸盐高温超导体的发现是超导材料研究上的一次重大突破，打开了混合金属氧化物超导体的研究方向。1987年初，中、美科学家各自发现临界温度大于90K的YBacuO超导体，已高于液氮温度(77K)，高温超导材料研究获得重大进展。后来法国的米切尔发现了第三类高温超导体BisrCuO，再后来又有人将Ca掺人其中，得到Bis尤aCuO超导体，首次使氧化物超导体的零电阻温度突破100K大关。1988年，美国的荷曼和盛正直等人又发现了T 1
高温超导技术
高温超导技术 1911年，荷兰莱顿大学的卡茂林-昂尼斯意外地发现，将汞冷却到 -268.98°C时，汞的电阻突然消失；后来他又发现许多金属和合金都具有与上述汞相类似的低温下失去电阻的特性，由于它的特殊导电性能，卡茂林-昂尼斯称之为超导态。卡茂林由于他的这一发现获得了1913年诺贝尔奖。 这一发现引起了世界范围内的震动。在他之后，人们开始把处于超导状态的导体称之为“超导体”。超导体的直流电阻率在一定的低温下突然消失，被称作零电阻效应。导体没有了电阻，电流流经超导体时就不发生热损耗，电流可以毫无阻力地在导线中流大的电流，从而产生超强磁场。 1933年，荷兰的迈斯纳和奥森菲尔德共同发现了超导体的另一个极为重要的性质，当金属处在超导状态时，这一超导体内的磁感兴强度为零，却把原来存在于体内的磁场排挤出去。对单晶锡球进行实验发现：锡球过渡到超导态时，锡球周围的磁场突然发生变化，磁力线似乎一下子被排斥到超导体之外去了，人们将这种现象称之为“迈斯纳效应”。 后来人们还做过这样一个实验：在一个浅平的锡盘中，放入一个体积很小但磁性很强的永久磁体，然后把温度降低，使锡盘出现超导性，这时可以看到，小磁铁竟然离开锡盘表面，慢慢地飘起，悬空不动。 迈斯纳效应有着重要的意义，它可以用来判别物质是否具有超性。 为了使超导材料有实用性，人们开始了探索高温超导的历程，从1911年至1986年，超导温度由水银的4.2K提高到23.22K（OK=-273°C）。86年1月发现钡镧铜氧化物超导温度是30度，12月30日，又将这一纪录刷新为40.2K，87年1月升至43K，不久又升至46K和53K，2月15日发现了98K超导体，很快又发现了14°C下存在超导迹象，高温超导体取得了巨大突破，使超导技术走向大规模应用。 超导材料和超导技术有着广阔的应用前景。超导现象中的迈斯纳效应使人们可以到用此原理制造超导列车和超导船，由于这些交通工具将在无磨擦状态下运行，这将大大提高它们的速度和安静性能。超导列车已于70年代成功地进行了载人可行性试验，1987年开始，日本国开始试运行，但经常出现失效现象，出现这种现象可能是由于高速行驶产生的颠簸造成的。超导船已于1992年1月27
超导磁体杜瓦恒温器操作说明设备组成
超导磁体杜瓦恒温器操作说明 一、设备组成 1、设备主要由液氦杜瓦、超导磁体插件和真空型变温插件组成。日常使用时，超导磁体插件总是放置在杜瓦中，更换样品只需要拔插变温插件即可。 2、图1为系统外观，图2介绍了杜瓦和超导磁体插件的顶部结构，主要包括以下部件： 杜瓦部件： OVC 真空阀门，用于泵抽和保持杜瓦真空夹层真空； 液氮灌装口，用于灌装液氮，2个； OVC 安全阀，OVC 真空出问题时排气用，切勿损伤； 磁体插件： 液氦灌装口，用于灌装液氦，该口下方有延长管； 磁体电极，用于给超导磁体通入电流； 4psi 安全阀，与液氦储槽连通，及时释放储槽内过高压力； 0.5psi 安全阀，一端KF25接头，与液氦储槽连接，一端KF16接头，与氦回收连接； 19针电学接头，包含液氦液位计，voltage tap ，persistent switch heater 和430Ω碳电阻。 3、图4为真空型变温插件，该变温插件主要包含了以下几部分： 液氮灌装口 OVC 阀门 4psi 安全阀 液氮灌装口 0.5psi 安全阀 19针接头 液氦灌装口 磁体电极 OVC 安全阀 图1 系统外观图片 图2 杜瓦和磁体插件顶部结构 IVC 顶部结构 不锈钢筒 图4 真空型变温插件
顶部结构： IVC 阀门和KF25接口，用于泵抽和保持IVC 真空； 1kpot 泵抽接口，用于1kpot 降温； 32针接头，用于样品测试； 8针接头，用于加热器和温度计引线； 1kpot 针阀，用于控制进入1kpot 的液氦量； 氦气排放口，与液氦储槽相连，用于插入插件时挥发的氦气顺利排出； 针阀 放气口 IVC 阀门和接口 1kpot 泵抽接口 32针接头 8针接头 图5 变温插件顶部结构 图6 变温插件顶部结构
高温超导材料
高温超导材料 樊世敏 摘要自从1911年发现超导材料以来，先后经历了简单金属、合金，再到复杂化合物，超导转变温度也逐渐提高，目前，已经提高到164K(高压状态下)。本文主要介绍高温超导材料中的其中三类：钇系(YBCO)、铋系(BSCCO)和二硼化镁(MgB2)，以及高温超导材料的应用。与目前主要应用领域相结合，对高温超导材料的发展方向提出展望。 关键词高温超导材料，超导特性，高温超导应用 1 引言 超导材料的发现和发展已经有将近百年的历史，前期超导材料的温度一直处于低温领域，发展缓慢。直到1986年，高温超导（HTS）材料的发现，才进一步激发了研究高温超导材料的热潮。经过20多年的发展，已经形成工艺成熟的第一代HTS带材--BSCCO带材，目前正在研发第二代HTS带材--YBCO涂层导体，近一步强化了HTS带材在强电领域中的应用。与此同时，HTS薄膜和HTS块材的制备工艺也在不断地发展和完善，前者己经在强电领域得到了很好的应用，后者则在弱电领域中得到应用，并且有着非常广阔的应用前景。 2 高温超导体的发现简史 20世纪初，荷兰莱顿实验室科学家卡默林昂尼斯（H K Onnes）等人的不断努力下，将氦气液化［1-7］，在随后的1911年，昂尼斯等人测量了金属汞的低温电阻，发现了超导电性这一特殊的物理现象。引起了科学家对超导材料的研究热潮。从1911到1932年间，以研究元素超导为主，除汞以外，又发现了Pb、Sn、Nb等众多的金属元素超导体；从1932到1953年间，则发现了许多具有超导电性的合金，以及NaCl结构的过渡金属碳化合物和氮化物，临界转变温度（Tc）得到了进一步提高；随后，在1953到1973年间，发现了Tc大于17K的Nb3Sn等超导体。直到1986年，美国国际商用机器公司在瑞士苏黎世实验室的科学家柏诺兹（J. G. Bednorz）和缪勒（K. A.Müller）首先制备出了Tc为35K的镧-钡-铜-氧（La-Ba-Cu-O）高温氧化物超导体，高温超导材料的研究才取得了重大突破［10,11］。临界转变温度超过90K的钇-钡-铜-氧等一系列高温氧化物超导体被发现，成为了高温超导材
高温超导材料
高温超导材料 摘要：简要介绍了高温超导材料及其发展历史，对超导材料的发展现状和用途进行说明，对目前超导材料的主要研制方法进行了分析。 关键词：超导材料研究进展高温应用 一、高温超导材料的发展背景及其发展历史 高温超导体通常是指在液氮温度（77 K）以上超导的材料。人们在超导体被发现的时候（1911年），就被其奇特的性质（即零电阻，反磁性，和量子隧道效应）所吸引。但在此后长达七十五年的时间内所有已发现的超导体都只是在极低的温度（23 K)下才显示超导，因此它们的应用受到了极大的限制。 高温超导材料一般是指临界温度在绝对温度77K以上、电阻接近零的超导材料，通常可以在廉价的液氮（77K）制冷环境中使用，主要分为两种：钇钡铜氧（YBCO）和铋锶钙铜氧(BSCCO)。钇钡铜氧一般用于制备超导薄膜，应用在电子、通信等领域；铋锶钙铜氧主要用于线材的制造。 1911年，荷兰莱顿大学的卡末林·昂尼斯意外地发现，将汞冷却到-268.98°C时，汞的电阻突然消失；后来他又发现许多金属和合金都具有与上述汞相类似的低温下失去电阻的特性，由于它的特殊导电性能，卡末林·昂尼斯称之为超导态，他也因此获得了1913年诺贝尔奖。 1933年，荷兰的迈斯纳和奥森菲尔德共同发现了超导体的另一个极为重要的性质，当金属处在超导状态时，这一超导体内的磁感应强度为零，却把原来存在于体内的磁场排挤出去。对单晶锡球进行实验发现：锡球过渡到超导状态时，锡球周围的磁场突然发生变化，磁力线似乎一下子被排斥到超导体之外去了，人们将这种现象称之为“迈斯纳效应”。 自卡麦林·昂尼斯发现汞在4.2K附近的超导电性以来，人们发现的新超导材料几乎遍布整个元素周期表，从轻元素硼、锂到过渡重金属铀系列等。超导材料的最初研究多集中在元素、合金、过渡金属碳化物和氮化物等方面。至1973 年，发现了一系列A 15型超导体和三元系超导体，如Nb 3 Sn、V 3 Ga、Nb 3 Ge，其 中Nb 3 Ge超导体的临界转变温度(T c)值达到23.2K。以上超导材料要用液氦做致冷剂才能呈现超导态，因而在应用上受到很大限制。1986年柏诺兹和缪勒发现了35K 超导的鑭钡铜氧体系。这一突破性发现导致了更高温度的一系列稀土
超导磁储能系统的发展与展望
龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/327345713.html, 超导磁储能系统的发展与展望 作者：苏放 来源：《中国科技博览》2015年第27期 [摘要]超导磁储能装置（SMES）是将超导磁体的无损高效储能特性与电力电子的快速电能转换技术相结合的一种新型功率调节和能量转换装置，也是目前实用化程度最高的一种超导电力装置。本文阐述了SMES的特点、基本结构以及在电力系统的具体应用，综述了国内外相关研究成果与发展现状，并讨论了其未来的前景与发展趋势。 [关键词]超导磁储能系统电力系统高温超导 中图分类号：TM917 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）27-0150-03 0 引言 自德国物理学家昂尼斯（K.Onnes）1911年研究汞在低温下的电阻随温度变化发现了超导现象之后，科学界的目光开始投向了这样一个新生的科学分支，人们希望能将其应用于实际当中。随着一个世纪超导技术的不断发展，超导应用也越来越受到各国的重视。尤其在80年代以铋系（Bi2Sr2CaCu2O8）和钇系（YBa2Cu3O7、YBa2Cu4O8）等为代表的高温超导材料的 研究取得了突破性进展后[1]，超导在电力系统的应用也倍受看好。目前人们正在研究的超导 电力装置包括储能装置，电机，电线，限流器等。其中超导储能装置是一种能把电能存储在由循环电流产生的磁场中的设备。它利用超导磁体的低损耗和快速响应来储存能量的能力，通过现代电力电子型变流器与电力系统接口，组成既能储存电能（整流方式）又能释放电能（逆变方式）的快速响应器件，从而达到大容量储存电能改善供电质量提高系统容量和稳定性等诸多目的[2，3]。下文将详细介绍SMES的特点结构及在电力系统的应用，总结国内外相关研究成果与发展现状，讨论其未来的前景与发展趋势。 1 SMES概述 超导磁储能是利用超导体的零电阻特性以磁的形式存储能量，相比其他储能方式其有许多优势，如表所示，因此以超导线圈构建的超导磁储能系统在电力系统中具有广泛的应用前景[4]。（表1） 1.1SMES的特点 具体的说超导磁储能系统主要具有以下特点[5，6]： （1）响应迅速、控制方便。SMES通过变换器与交流系统相连，响应时间能达到毫秒级。改变电力电子器件的触发角即可改变装置输出功率，容易实现远方控制。SMES从最大充电功率到最大放电功率的转换只需几十毫秒。