概述超导导体和绝缘加热场等离子体平衡位形各线圈电流、磁场、电压等线圈绕制工艺极向场系统技术难点

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HT-7UHT-7UCASIPPCASIPP HT-7UHT-7U

HT-7U 极向场设计汇报2002 年 6 月 8 日吴维越执笔1. 概述

2. 超导导体和绝缘3. 加热场4. 等离子体平衡位形5. 各线圈电流、磁场、电压等6. 线圈绕制工艺7. 极向场系统技术难点

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HT-7UHT-7UCASIPPCASIPP

1 、极向场设计概述

1) 1998 《 HT-7U 装置极向场参数的初步设计 (17.5) 》文集二

2) 1999 《 HT-7U 装置极向场系统初步设计 (20.7) 》文集三

3) 2000 《 HT-7U 装置极向场系统的参数设计 (20.7) 》文集四

4) 2001 《 HT-7U 极向场系统参数设计报告 (20.8&18.6) 》文集五

5) 2002 《 HT-7U 极向场系统 2002 年参数设计报告 (20.4&18.6) 》

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PF1

PF3

PF5

PF7PF9

PF11

PF13

550711

501487

11991339

28903019 3235

3324

1710

1809

2 08 5

1 48 8

1 70 3 9 9

4

4 54

8 20

1 01

Plasma

952

126

126

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极向场线圈布置示意

中心螺管

外部大线圈偏滤线圈

外部大线圈

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6.65m

6.37m

极向场线圈系统轴测图

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2 、极向场超导导体和绝缘

中心螺管和偏滤线圈的超导导体绞缆和尺寸

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极向场外部大线圈的超导导体绞缆和尺寸

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极向场超导导体的绝缘

1) 匝间绝缘： 2 层聚酰亚胺薄膜 0.06mm, 放入失超探测线后再单边叠包玻璃纤维 0.42mm;

2) 并间绝缘：铺垫 0.84mm 玻璃纤维毡 ;

3) 对地绝缘：单边叠包 5mm玻璃纤维 ;

4) VPI

要求 : 匝间耐压 500V;

并间耐压 2KV ；

对地耐压 10KV 。

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各线圈在室温下参数 No.

Turn dR(cm) dZ(cm) Rmin(cm)

Rmax(cm)

1 140 16.126 45.313 54.991 71.118

3 140 16.126 45.313 54.991 71.118

5 140 16.126 45.313 54.991 71.118

7 44 24.768 9.798 95.155 119.923

9 204 37.731 27.555 95.155 132.885

11 60 12.883 21.32 289. 301.883

13 32 8.923 17.24 323.5 332.423

1) 每个中心螺管线圈 7 层 20 并高 453mm ；

2) 大偏滤线圈 17 层 12 并 204 匝，最多匝数；

3) 最大直径的线圈内径 3235mm ，外径 3324mm

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3 、加热场设计结果极向场系统设计的加热场匝电流表 (kA)

PF1 PF3 PF5 PF7 PF9 PF11 PF1312.08 12.05 11.6 5.73 5.73 3.15 .22

Z(cm)

R(cm)

杂散场强度为 50 高斯的形态

1) 伏秒能力 10Wb ；2) 最大磁场 4.21T ；3) 要求装置总装后测量极

向场磁场形态，必要时进行处理。

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Z(cm)

R(cm)

4 、等离子体平衡位形HT-7U 装置等离子体平衡位形参数表

位形 R(m) a(m) Kx x Rmag.(m) Rx(m) Zx(m)1 1.953 0.548 1.112 0 2.065

2 1.916 0.465 1.76 0.612 1.98 1.632 0.819

3 1.792 0.408 1.93 0.508 1.847 1.585 0.785

z(cm)

R(cm)

Z(cm)

R(cm)

Z(cm)

R(cm)

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I (KA)

t (s)

等离子体产生加热场放电

Ioh 最大值

5 、大拉长位形各线圈电流波形和电压Ip 平顶结束

p 最大

Ip 达 1MA

Ip 达 420KA

Ip 熄灭

Ip 达 100KA

Vp

V-S

Ip

Iv

OH

VF

Ip(*100)

Vp(V)

V-S(wb)

t (s)

I(KA)

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Ip-start Ip=100KA Ip=420KA Ip=1MA p full 平顶结束 Ip=0

No.T 2 3 4 5 6 7 8

t （ s ） 0.06 .14 .8 3 1 7.72 4

时刻 (s) .06 .2 1 4 5 12.72 16.72加热场放电时刻为 0 时刻，电流变化率、线圈电压、磁场、磁场变化率等都依此时间定标。

极向场设计结果的时间定标表

B(T)

No.t

dB/dt (T/s)

No.t

磁场和磁场变化率分析表明：1) 中心螺管和偏滤线圈上最大

磁场 4.2T ，分别在 Ioh-m

ax 和 p–max 时

2) 中心螺管上有最大磁场变化率 6.8T/s ，持续 60ms ，注意持续时间

3) 各线圈电压形态同磁场变化率一致

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E (MJ)

t(s)

´ó À ³¤ ´ó Ìå »ý

Ô² ½Ø Ãæ

V (KV)

No. T

极向场线圈电压和储能

1) 偏滤线圈上最大电压约 2.5KV ，如果将上下串联则约 5KV ，由此要求线圈 VPI 后对地耐压 10KV ；

2) 极向场系统最大储能约 40MJ 。

F (kg)

Tn

PFKGT

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Moment

Moment

Moment

Fr

Fz

Fr

Fz

Fr

Fz

1) 大线圈不需要加护套；

2) 螺管予紧压板要求抗弯强度大于 300MPa ；

3) VPI 后对地绝缘强度大于 70MPa 。

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内直径 110cm

外直径 142cm

磁体高 46cm

超导导体长度 565m ( 无接头 )

6 、线圈绕制工艺 ( 螺管 )

绝缘子和引线接头布置在远离磁体的装置下部补元块希望用铝板加工成合适形状

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1) 电引线长度约 7m

2) 氦管长度约 7m

3) 绝缘子耐电压 10KV 、耐气压 8MPa

中心螺管线圈实体图

0.46m

0.16m

1.1m

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4m

中心螺管组件实体图1) 6 个线圈予紧把合成螺管组件；

2) 线圈间用绝缘板隔开；

3) 所有电引线、氦管从中孔引下去；

4) 希望螺管组件能进行低温超导实验。

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7 、极向场系统技术难点和挑战

1) 超导导体 22 根总长 10.6KM （ +1.2KM ）；

2) 绕制超导磁体 14 个（ 2 个）；

3) 超导导体接头 36 个 (8 个在磁体内 ) （ + ）；

4) 氦管接头和绝缘子各 100 个，其中 6 个磁体 ( 大偏滤线圈、大线圈 ) 内外都有氦管接头；

5) 14 个超导磁体 VPI ；

6) 高强度绝缘板和予紧组装中心螺管组件。

A 、极向场超导导体制造方面

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1) VPI 前的磁体低温下真空检漏；

2) VPI 后耐电压测试匝间耐压 500 伏，并间耐压 2000 伏，对地耐压 10000 伏；

3) 一个螺管原型线圈低温超导性能实验 :

• 降温和进入超导态；• dI/dt 和 dB/dt 与磁体工作态可比（ 20 ， 7 ）；• 得到失超点；

4) 每个螺管线圈、偏滤线圈测试超导性能 :

• 降温、进入超导态、通工作电流；

5) 中心螺管组件测试超导和予紧结构性能 :

• 降温、进入超导态、通工作电流；

B 、极向场超导磁体实验和测试方面

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C 、极向场系统运行方面

1) 极向场磁场形态测量分析；

2) 超导磁体电流波形控制及调节；

3) 超导磁体技术诊断系统的可靠性；

4) 低温及回路的适宜、安全、可靠性；

5) 相关系统的准确性和可靠性（纵场、真空、冷屏、外真空等）。

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大拉长截面等离子体位形下极向场线圈电流变化 dI/dt(kA/s)

No. dt(s) PF1 PF3 PF5 PF7,9 PF11 PF132 20. .57 .63 .58 .29 .16 .013 .06 -19.3 -19.3 -18.6 -9.17 -5.04 -.35

4 .14 -9.66 -9.64 -9.28 -4.58 -2.52 -.18

5 .8 -4.57 -4.46 -3.97 -1.06 -1.86 -1.31

6 3. -1.74 -1.48 -.58 2.06 -2.19 -3.21

7 1. -.46 -.18 .76 2.96 -2.03 -3.52

8 7.72 -1.21 -1.21 -1.16 -.57 -.32 -.02

9 4. 2.27 1.99 .98 -2.1 2.51 3.55

HT-7U 装置超导极向场系统是具有很多技术难度的，因此具有极大的风险，这也是我们所遇到的挑战。我们各相关的设计、研制、实验部门都必须认真、严谨的努力攻关，扎扎实实的协同工作，以便研制出 HT-7U 超导极向场系统。

下面的数据表显示了技术难度和挑战的一个具体方面。

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谢谢各位，请提宝贵意见。

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概述 超导导体和绝缘 加热场 等离子体平衡位形 各线圈电流、磁场、电压等 线圈绕制工艺 极向场系统技术难点

概述超导导体和绝缘加热场等离子体平衡位形各线圈电流、磁场、电压等线圈绕制工艺极向场系统技术难点