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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

HT-7U. HT-7U 极向场设计汇报. 2002 年 6 月 8 日 吴维越执笔. 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. 1 、极向场设计概述. 1998《HT-7U 装置极向场参数的初步设计 (17.5) 》 文集二 1999《HT-7U 装置极向场系统初步设计 (20.7)》 文集三 2000《HT-7U 装置极向场系统的参数设计 (20.7)》 文集四 2001《 HT-7U 极向场系统参数设计报告 (20.8&18.6)》 文集五

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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

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  1. HT-7U HT-7U极向场设计汇报 2002年6月8日 吴维越执笔 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

  2. 1、极向场设计概述 • 1998《HT-7U装置极向场参数的初步设计(17.5) 》文集二 • 1999《HT-7U装置极向场系统初步设计(20.7)》文集三 • 2000《HT-7U装置极向场系统的参数设计(20.7)》文集四 • 2001《HT-7U极向场系统参数设计报告(20.8&18.6)》文集五 • 2002《HT-7U极向场系统2002年参数设计报告(20.4&18.6)》

  3. 极向场线圈布置示意 外部大线圈 偏滤线圈 外部大线圈 中心螺管

  4. 6.65m 6.37m 极向场线圈系统轴测图

  5. 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

  6. 极向场外部大线圈的超导导体绞缆和尺寸

  7. 极向场超导导体的绝缘 • 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; • 并间绝缘：铺垫0.84mm玻璃纤维毡; • 对地绝缘：单边叠包5mm玻璃纤维; • VPI 要求: 匝间耐压500V; 并间耐压2KV； 对地耐压10KV。

  8. 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 各线圈在室温下参数 • 每个中心螺管线圈7层20并高453mm； • 大偏滤线圈17层12并204匝，最多匝数； • 最大直径的线圈内径3235mm，外径3324mm

  9. PF1 PF3 PF5 PF7 PF9 PF11 PF13 12.08 12.05 11.6 5.73 5.73 3.15 .22 3、加热场设计结果 极向场系统设计的加热场匝电流表(kA) 杂散场强度为50高斯的形态 • 伏秒能力 10Wb； • 最大磁场 4.21T； • 要求装置总装后测量极向场磁场形态，必要时进行处理。

  10. 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 4、等离子体平衡位形 HT-7U装置等离子体平衡位形参数表

  11. 5、大拉长位形各线圈电流波形和电压 p最大 Ip平顶结束 Ip达420KA Ip达1MA Ip达100KA 等离子体产生 加热场放电 Ip熄灭 Ioh最大值

  12. 极向场设计结果的时间定标表 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。 磁场和磁场变化率分析表明： • 中心螺管和偏滤线圈上最大磁场4.2T，分别在Ioh-max和p–max时 • 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 • 各线圈电压形态同磁场变化率一致

  13. 极向场线圈电压和储能 • 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； • 极向场系统最大储能约40MJ。

  14. Fr Fz Moment Fr Fz Moment Fr Fz • 大线圈不需要加护套； • 螺管予紧压板要求抗弯强度大于300MPa； • VPI后对地绝缘强度大于70MPa。 Moment

  15. 6、线圈绕制工艺(螺管) 内直径 110cm 外直径 142cm 磁体高 46cm 超导导体长度 565m (无接头) 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

  16. 中心螺管线圈实体图 0.46m 1.1m • 电引线长度约7m • 氦管长度约7m • 绝缘子耐电压10KV、耐气压8MPa 0.16m

  17. 中心螺管组件实体图 • 6个线圈予紧把合成螺管组件； • 线圈间用绝缘板隔开； • 所有电引线、氦管从中孔引下去； • 希望螺管组件能进行低温超导实验。 4m

  18. 7、极向场系统技术难点和挑战 A、极向场超导导体制造方面 • 超导导体22根总长10.6KM（+1.2KM）； • 绕制超导磁体14个（2个）； • 超导导体接头36个(8个在磁体内)（+）； • 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； • 14个超导磁体VPI； • 高强度绝缘板和予紧组装中心螺管组件。

  19. B、极向场超导磁体实验和测试方面 • VPI前的磁体低温下真空检漏； • 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 ； • 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； • 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； • 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；

  20. C、极向场系统运行方面 • 极向场磁场形态测量分析； • 超导磁体电流波形控制及调节； • 超导磁体技术诊断系统的可靠性； • 低温及回路的适宜、安全、可靠性； • 相关系统的准确性和可靠性（纵场、真空、冷屏、外真空等）。

  21. No. dt(s) PF1 PF3 PF5 PF7,9 PF11 PF13 2 20. .57 .63 .58 .29 .16 .01 3 .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。 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)

  22. 谢谢各位，请提宝贵意见。

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