高温超导磁体技术
技术描述
可控核聚变被认为是人类的终极清洁能源，多少科学家为之魂牵梦绕。虽然聚变的研究在不断取得进步，但由于技术难度高，实验装置超级巨大，使得研发的迭代周期十分冗长，其商业化目标始终停留在30年后。二代高温超导材料的实用化引出了一条新的聚变技术路线，采用高温超导强场磁体不仅可以大幅缩小体积重量，降低建造成本，更重要的是其技术迭代速度将大大加快，这使得紧凑型聚变技术成为了近年来研究的热点。 团队在高温超导材料及磁体领域有近百项的专利和工艺，积累了丰富的理论体系、设计仿真经验和工程解决方案，为强场聚变磁体奠定了非常扎实的基础。围绕聚变强场磁体团队在最为核心的超大电流集束缆线技术、磁体鲁棒性技术、失超保护技术等方面展开了前瞻性布局，在诸多关键技术上积累了丰富理论研究基础和工程解决方案。
技术优势
由于二代高温超导带材特殊的结构，其失超传播速度较为缓慢，传统的低温超导失超保护体系完全不能适用。高温超导失超保护技术的不完善，使得高温超导磁体的鲁棒性研究体现出其重要性。无绝缘线圈由于其超强的鲁棒性和失超自我保护能力而成为当前高温超导稳态磁体的首选技术，该技术去除了传统超导线圈的匝间绝缘，失超时电流可通过超导带材的金属保护层自动绕过失超点，从而降低失超点的电流，抑制失超的进一步发展。团队开发的多物理场耦合综合仿真模型国际上首次实现了对无绝缘线圈内部电磁瞬态特性、失超传播特性和应力特性的综合分析，该仿真模型不断得到提升，目前可精确计算无绝缘线圈内部的电流、磁场、温度、应力应变分布，正是该系列模型的不断完善极大地推进了无绝缘高温超导磁体技术的发展。 集束缆线技术是聚变强场磁体面临的最核心的难关，其设计上限达到100KA/20T这样的级别参数，由数百根超导带材绞制而成，在这样一个极端的大电流、强磁场环境下，电磁、传热和机械设计都面临着极大的挑战，缆线绕制的工艺窗口较窄，需要有准确的仿真设计与生产工艺相配合。目前团队已研发完成了国内首条可定制化参数的集束缆线产线，在缆线接头与磁体绕制等方面也完成了工程样机研发。
效果指标
团队与中核集团核工业西南物理研究所（“西物院”）合作，就高温超导强场聚变磁体展开联合设计。基于西物院丰富的托卡马克装置设计经验和团队充分的高温超导材料与磁体应用经验，通过对强场聚变磁体的联合设计，在聚变方向高温超导磁体的研发以及后续的工程化生产制造提供了重要的方向指引和工程标准，也支撑了西物院托克马克聚变装置的工程实施方案。 团队不仅在高温超导材料领域取得了重要突破，在应用领域也有诸多成就，超导电力、超导医学、超导节能、超导电磁探测等产品都在布局研发中，近年来超导磁悬浮高速列车和聚变强场磁体研发更是团队布局的研发重点。与中车长春客车厂合作的超导磁悬浮列车项目已完成了200米试验线模型测试，正在筹备的工程样车也已进入设计阶段。