【ZiDongHua 之自動化學(xué)院派收錄關(guān)鍵詞： 清華大學(xué) 機械工程 極高場全超導(dǎo)磁體】
　　
　　清華大學(xué)機械工程系瞿體明課題組在極高場全超導(dǎo)磁體研制技術(shù)領(lǐng)域取得進展
　　
　　強磁場是一種重要的極端實驗條件，可改變物質(zhì)狀態(tài)而呈現(xiàn)新的物理化學(xué)特性，可推動新材料的研制，更可以催生能源、醫(yī)療和大科學(xué)裝置領(lǐng)域的重大應(yīng)用技術(shù)。以稀土鋇銅氧（REBa2Cu3O7-x）高溫超導(dǎo)磁體為核心組成的全超導(dǎo)磁體具備運行功耗低和磁場強度高的突出優(yōu)勢，具有重要應(yīng)用價值。近日，中國科學(xué)院等離子體物理研究所與清華大學(xué)機械系瞿體明副教授課題組合作，使用全國產(chǎn)材料成功研制了一款中心磁場達32.4 T，電磁孔徑17 mm的驗證性全超導(dǎo)磁體（現(xiàn)有極高場用戶級超導(dǎo)磁體包括中國科學(xué)院電工所32.35 T / 43 mm超導(dǎo)磁體、美國高場實驗室32 T / 40 mm超導(dǎo)磁體等）。該款磁體（圖1）實現(xiàn)了極高場超導(dǎo)磁體材料、設(shè)計、制造的全國產(chǎn)化和全自主可控，對于我國極高磁場技術(shù)，以及緊湊型托卡馬克聚變裝置技術(shù)的發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。
 
　　
　　圖1  32.4 T極高場全超導(dǎo)磁體，左為結(jié)構(gòu)設(shè)計圖，右為磁體實物圖
　　
　　該磁體的核心難點在于控制由超導(dǎo)屏蔽電流效應(yīng)帶來了局部電磁應(yīng)力集中（圖2）。清華大學(xué)團隊開發(fā)了考慮屏蔽電流效應(yīng)的分區(qū)耦合大規(guī)模高溫超導(dǎo)磁體力電計算模型，提出了無絕緣及金屬絕緣線圈聯(lián)合的結(jié)構(gòu)方案，采用高彈性模量金屬帶材并繞和外纏繞工藝有效解決了低溫高場下高溫超導(dǎo)磁體應(yīng)力控制難題，確定了全超導(dǎo)磁體的勵磁測試方案。確保高溫超導(dǎo)磁體獨立貢獻20 T穩(wěn)定中心磁場近18小時，并最終達到了32.4 T的實測磁場（圖3）。
 
　　
　　圖2  高溫超導(dǎo)磁體的屏蔽電流效應(yīng)及其對電磁應(yīng)變的局部集中作用
 
　　
　　圖3  32.4 T極高場全超導(dǎo)磁體的整體測試過程及磁場測量結(jié)果
　　
　　研究成果以“Strain analysis and preliminary test of an all-superconducting high-field magnet generating 32.4 T direct-current magnetic field”為題被應(yīng)用超導(dǎo)領(lǐng)域Top期刊Superconductor Science and Technology接受。中國科學(xué)院等離子所張新濤博士和清華大學(xué)機械系2019級博士生邵良俊為論文共同第一作者，瞿體明副教授與中國科學(xué)院等離子所劉華軍研究員、劉方研究員為論文共同通訊作者。該工作得到了國家“十三五”重大科技基礎(chǔ)設(shè)施——聚變堆主機關(guān)鍵系統(tǒng)綜合研究設(shè)施（CRAFT）建設(shè)項目、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項（B類）和國家自然科學(xué)基金等項目經(jīng)費支持。
　　
　　論文鏈接：https://doi.org/10.1088/1361-6668/ad85fe