[发明专利]一种带有失超保护的铌三锡超导磁体及其制作方法

说明书

本发明提供一种带有失超保护的铌三锡超导磁体及其制作方法，所述超导磁体包括磁体骨架、铌三锡超导磁体、第一加热器、第二加热器、绝缘导热层、绝缘绝热层、加热器工装和绑扎层。本发明的第二加热器设置在铌三锡超导磁体一侧，绝缘导热层厚度可以做到更薄，绝缘性能可靠，安全性能高。所述第二加热器在加热器工装的一侧，厚度较大，通过布置绝缘隔热层，可使加热器的热量限制在铌三锡超导磁体一侧，减小热量向外散失。采用本发明的失超保护方式，第二加热器与超导磁体直径的热量传播路径短，仅为微米级的绝缘导热膜的厚度，大限度的提高了热量传递的效率，对于瞬时失超铌三锡超导磁体能够提高失超传播速度，及时传导热量有重要意义。

技术领域

本发明属于超导磁体领域，具体涉及一种带有失超保护的铌三锡超导磁体及其制作方法。

背景技术

超导体有三个基本的临界参数，包括临界温度、临界磁场和临界电流。临界温度是指超导体的电阻随着温度的降低突然消失，此时的温度对应超导体的临界温度点。临界磁场是超导体随着磁场场强的提高由超导态变成正常态所对应的磁场值。临界电流是指超导体的承载电流有一个上限值，当超过这个上限值使，超导体将由超导态变成正常态。因此，临界温度、临界磁场和临界电流是决定超导体超导性能的三个主要的因素，这三个临界参数互相制约，与超导体的超导性能形成复杂的函数关系。

超导磁体是利用超导体做成线材或带材的形式，然后将超导体绕制成线圈，在线圈中通过电流，从而形成能够产生强磁场的超导磁体。因此，超导磁体的场强大小同样取决于超导体的临界参数。超导磁体工作在超导体的临界温度以下，背景磁场低于超导体本身的临界磁场，同时线圈的工作电流应低于超导体的临界电流。

造成超导磁体失去超导的原因有很多，当超导磁体的任何一个参数超过临界参数时都将引发超导磁体的失超。因此，超导磁体在运行工况下，来自外部和内部的扰动，都可能使超导磁体的运行参数超过临界值。其中，超导磁体的运行温度变化是触发超导磁体失超的一个重要因素。超导磁体的励磁时的励磁速度、制冷媒介对超导磁体的制冷效率、超导磁体励磁时磁体内部的超导线相对位移产生的摩擦热以及超导磁体的磁通跳跃等都将影响超导磁体的工作温度。

当超导磁体由于外部原因造成超导磁体中的某点的温度超过临界温度时，该点处超导体将发生失超，失超点处超导体的电阻恢复常态，在通过大电流时将产生很高的热量，造成失超点温度的急剧升高，对超导磁体系统造成重要影响。局部温升过高，可能烧毁此处的超导体，造成整个超导磁体的破坏。局部温升还会因此超导磁体中气压的变化，可能在容器中产生高压，对真空容器造成破坏。

因此，在超导磁体的制造过程中，超导磁体应做好失超保护，及时快速的检测到超导磁体的失超信号，及时的释放失超点的热量，限制失超点的局部温升，防止超导体过热。超导磁体的失超保护方式一般分为主动保护和被动保护方式，采用电阻或电容做负载，或者采用加热器法，使超导磁体的能量转移到负载或者在超导磁体内部释放掉。

铌三锡超导体是低温超导体的代表之一。铌三锡超导材料的临界温度为18K以上，4.2K下的临界磁场在25T以上。因此，铌三锡超导磁体是高场超导磁体的重要组成。铌三锡超导体是脆弱的陶瓷相，一般很难进行机械加工和人工操作。铌三锡超导磁体是通过先绕制后反应的方式制造的，先将未反应的能够人工操作的铌锡导线绕制成线圈的最终形状，然后进行长时间的高温热处理得到最终的铌三锡超导磁体。铌三锡超导磁体的复杂的制备工艺需要严格的失超保护，防止在铌三锡超导磁体励磁时强磁场对铌三锡超导磁体造成烧毁。