[发明专利]环向场线圈的中心柱

说明书

描述了在具有中心柱的环向场线圈中使用的HTS组件。所述HTS组件包括被布置为穿过所述中心柱的多个HTS带的平行阵列，每个阵列包括多个HTS带，所述多个HTS带被布置为使得阵列中所有带的c轴彼此平行，并且所述HTS带的HTS层中的平面垂直于所述中心柱的第一半径。每个HTS带具有c角，所述c角是所述HTS带的所述HTS层的平面的垂线与所述带的所述c轴之间的角度。所述多个阵列包括第一阵列组和第二阵列组。所述第一阵列组内的每个阵列包括具有第一c角的第一类型的HTS带，而所述第二阵列组内的每个阵列包括具有第二c角的第二类型的HTS带，所述第二c角大于所述第一C角。所述第一阵列组被布置为比所述第二阵列组更靠近所述第一半径。

技术领域

本发明涉及高温超导体(HTS)。特别地，本发明涉及包括HTS的环向场线圈的结构。

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，Nb和NbTi)是可以通过BCS理论来描述其超导性的金属或金属合金。所有低温超导体都具有低于约30K的临界温度(高于该温度，即使在零磁场下也无法使材料超导)。不能通过BCS理论来描述HTS材料的行为，并且此类材料的临界温度可能高于约30K(尽管应注意的是，定义HTS材料的是超导操作和组成的物理差异，而非临界温度)。最常用的HTS是“铜酸盐超导体”-基于铜酸盐(包含氧化铜族的化合物)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材料包括铁磷化物(例如，FeAs和FeSe)和二硼酸镁(MgB₂)。

ReBCO通常被制造为带，其结构如图1中所示。这种带500通常为约100微米厚，并且包括衬底501(通常为电抛光的哈氏合金，约50微米厚)，通过IBAD、磁控溅射或另一合适的技术在其上沉积一系列缓冲层，被称为缓冲堆502，约0.2微米厚。外延ReBCO-HTS层503(通过MOCVD或另一合适的技术沉积)覆盖15缓冲堆，并且通常为1微米厚。通过溅射或另一合适的技术在HTS层上沉积1-2微米的银层504，并且通过电镀或另一合适的技术将铜稳定剂层505沉积在带上，这往往将该带完全封装。

衬底501设置了可以通过生产线馈送的机械主体，并且允许后续层的生长。需要缓冲堆502设置其上生长了HTS层的双轴织构的结晶模板，并且防止元素从衬底到HTS的化学扩散，这种化学扩散破坏了其超导特性。需要银层504设置从ReBCO到稳定剂层的低电阻界面，并且在ReBCO的任何部分停止超导(进入“正常”状态)的情况下，稳定剂层505设置备选的电流路径。

另外，可以制造“剥离的”HTS带，该HTS带缺少衬底和缓冲堆，而是在HTS层的两侧具有银层。具有衬底的带将被称为“衬底”HTS带。

图2示出了ReBCO带200，该图示出了将在本文档中使用的x，y，z坐标系。Y轴沿带的长度(即，使用带时的电流方向)，x轴沿带的宽度(即，在带的平面中垂直于y轴)，z轴垂直于x和y轴(即，垂直于带的平面)。

图3示出了示例性ReBCO带在x/z平面中的横截面。ReBCO层本身是结晶的，并且ReBCO晶体的主轴被显示为带中的一点。以简化形式显示ReBCO带，该ReBCO带具有HTS层301、铜包层302和衬底303。ReBCO的晶体结构具有相互垂直的三个主轴，在本领域中将其称为a、b和c。出于本公开的目的，我们忽略了临界电流对ab平面中的磁场分量的定向的任何依赖性，因此a轴和b轴可以被认为是可互换的，所以它们仅被视为a/b平面(即，由a轴和b轴定义的平面)。在图3中，ReBCO层301的a/b平面被示出为垂直于c轴320的单线310。