含分离铜线的绞缆穿管超导体的设计和制造技术

成果名称：含分离铜线的绞缆穿管超导体的设计和制造技术

起止日期：1996- 2003

完成人： 翁佩德 毕延芳 李保增 陈灼明 陈思跃 高大明 王福堂 陈敬林 吴维越 吴杰峰

成果简介： 该成果大幅度地降低大科学工程《EAST超导托卡马克核聚变实验装置》所需的大用量超导体造价，也为将来大型电感贮能装置探索低成本超导体。绞缆穿管超导体（Cable in Conduit Superconductor 下简称CICC）截面积大、机械强度高，可通以大电流，且易于绕制磁体和绝缘处理；冷却剂在管内流动，与超导线之间传热面积大；电流密度高和磁体运行安全等突出优点。EAST装置导体设计在4.5K温度下，其运行电流、最高磁场、抗磁扰动能力各主要性能指标如下：纵场线圈：14.3kA/5.8T/1T**2/s；极向场线圈：14.5kA/4.5T/6T**2/s；2000年研发了四根3.5米长短样导体，在瑞士SULTAN超导背景场装置上做了低温试验，结果是（按导体临界电流、分流温度、抗磁扰动能力和测试条件列出）：纵场导体40.9kA@4.5K/5.8T；5.82K@14.3kA/5.8T； 32T**2/s@3.8K/5.8T；极向场导体 58.7kA@4.5K/4.5T；6.59K@14.5kA/4.5T；>80T**2/s@3.8K /4.5T。试验表明导体有足够的裕量，完全能满足EAST装置稳定运行要求。本技术攻克了CICC制造难点，并在解决采用低铜超比的铌钛超导线制造高稳定性裕度和合理的交流损耗水平的CICC方面作出了令外国同行关注的技术创新，进一步大幅度降低了导体造价，达到此类导体研究的国际先进水平。途径是通过添加适量的高导铜线、选择接触电阻合适的铅锡锑或镍镀层和空隙率。从性能价格比看，美国IGC-AS公司为45T混合磁体生产的铌钛导体2.12$/mkAT，日立公司为EAST导体报价6.8$/mkAT，我们研发的导体为1.2$/mkAT，比他们低得多。EAST磁体的全部CICC需要量为32公里，可节省的经费约1500万元，经济效益十分明显。1998年在国内首先研制成功两根各300多米10kA/6T焊管CICC；2001年我们又建成600米（世界第二长）的CICC穿管生产线。现已制造TF导体(20.4×20.4mm2、长600m)26根；中心螺管和偏滤器线圈导体5根；大环线圈导体8根。部分导体已绕制成纵场线圈、中心螺管线圈和大环线圈，并对线圈进行了性能试验，完全满足设计要求。此穿管生产线技术安全，正在生产EAST装置需要的全部导体，以后可用于国际热核聚变试验堆的CICC制造，并在大型超导电感贮能方面有广阔的应用前景。（英文缩写注释：@-在_条件下，K-开尔文，kA-千安，m-米，s-秒，$-美圆，T-特斯拉）。