专利摘要

本发明公开了属于超导磁体应用技术领域的一种基于ReBCO超导环片的环向磁体。环向磁体由多个相同的单元环向场磁体沿环向均匀分布、组合构成，其中，单元环向场磁体由N片ReBCO超导环片、N+1片绝缘片交替堆叠、固定得到，其中N为正整数；ReBCO超导环片为D形环片，N+1片绝缘片形状、尺寸均与N片ReBCO超导环片相同；采用低温杜瓦浸泡式冷却磁体方式，具有高磁体载流能力、低漏热、结构紧凑、可拆卸等优点，能够产生稳定大空间的磁场，广泛应用于中大型托克马克磁体、热核聚变反应等领域。

权利要求

1.一种基于ReBCO超导环片的环向磁体，其特征在于，由多个相同的单元环向场磁体沿环向均匀分布、组合构成，所述单元环向场磁体由N片ReBCO超导环片、N+1片绝缘片交替堆叠、固定得到，其中N为正整数；

所述ReBCO超导环片为D形环片，所述N+1片绝缘片形状、尺寸均与N片ReBCO超导环片相同；

所述D形环片的D形内环1个拐角或2个拐角处切割圆形定位孔；所述定位孔和D形内环有2个交点；

所述环向磁体利用磁通泵内部励磁，磁通泵包括脉冲电源和螺管线圈；具体为：螺管线圈环向螺绕地插入环向磁体圆形定位孔为环向磁体励磁，脉冲电源提供交变电流。

2.根据权利要求1所述的基于ReBCO超导环片的环向磁体，其特征在于，所述D形内环2个拐角切割圆形定位孔的D形环片轴对称。

3.根据权利要求1所述的基于ReBCO超导环片的环向磁体，其特征在于，所述ReBCO超导环片由自下至上依次排列的衬底、缓冲层、ReBCO薄膜和保护层组成；

所述衬底材料为Ni、NiW、哈氏合金或不锈钢；

所述缓冲层为绝缘性金属氧化物；

所述保护层为银薄膜保护层或铜薄膜保护层；

所述缓冲层利用离子束辅助沉积技术或倾斜基底沉积技术沉积，所述ReBCO薄膜利用金属有机化学气相沉积、脉冲激光沉积法或溅射法沉积。

4.根据权利要求1所述的环向磁体，其特征在于，所述N片ReBCO超导环片的堆叠方向一致。

5.根据权利要求1所述的环向磁体，其特征在于，所述绝缘片为有机绝缘片、牛皮纸或环氧薄片。

说明书

技术领域

本发明属于超导磁体应用技术领域，特别涉及一种基于ReBCO超导环片的环向磁体。

背景技术

随着高温超导导线性能的不断提升，高温超导磁体的研发工作也在稳步进行。高温超导环型磁体是高温超导磁体的一种结构形式，它最重要和最有前景的应用场合是热核聚变和托克马克环向磁体。环向磁体是由数个完全一样的单元线圈沿一个大环均匀分布而成的磁体，能够产生大空间稳定的磁场。

目前托卡马克磁体采用的低温超导导线来绕制，工作温度很低，磁体制冷功率大，所达到的磁场值有限，如果用高温超导导线代替低温超导导线来绕制环向磁体，就可以提高磁体的工作温度，减小制冷功率，而且高温超导材料的上临界磁场比低温材料更高，可以把环向磁体的磁场强度提高到新的水平，对于提高聚变反应功率也很有好处。但是利用高温超导导线，不可避免的高温超导导线的接头处需要焊接，而且也需要电流引线与供电电源相连，磁体的漏热比较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于ReBCO超导环片的环向磁体，具体技术方案如下：

一种基于ReBCO超导环片的环向磁体由多个相同的单元环向场磁体沿环向均匀分布、组合构成，所述单元环向场磁体由N片ReBCO超导环片、N+1片绝缘片交替堆叠、固定得到，其中N为正整数；

所述ReBCO超导环片为D形环片，所述N+1片绝缘片形状、尺寸与N片ReBCO超导D形环片均相同。

其中，D形环片的D形内环1个拐角或2个拐角处切割圆形定位孔。

其中，D形内环2个拐角切割圆形定位孔的D形环片轴对称。

其中，ReBCO超导环片由自下至上依次排列的衬底、缓冲层、ReBCO薄膜和保护层组成；衬底材料为Ni、NiW、哈氏合金或不锈钢；缓冲层为绝缘性金属氧化物；保护层为银薄膜保护层或铜薄膜保护层。其中，缓冲层利用离子束辅助沉积技术或倾斜基底沉积技术沉积，ReBCO薄膜利用金属有机化学气相沉积、脉冲激光沉积法或溅射法沉积。

其中，N片ReBCO超导环片的堆叠方向一致。

其中，绝缘片为有机绝缘片、牛皮纸或环氧薄片。

其中，环向磁体的固定包括单个单元环向场磁体的固定和整个环向磁体的固定，可在单元环向场磁体内部环形空腔内利用环形钢铠支架进行固定，然后利用法兰盘、螺母、螺栓和钢铠对单个单元环向场磁体进行固定，采用现有的托克马克装置的固定方法，利用支撑筒、钢铠支架进行整体的环向磁体的固定；固定材料优选为不锈钢、环氧玻璃钢或环氧树脂。

其中，环向磁体采用磁通泵内部励磁、采用低温杜瓦浸泡式冷却磁体方式实现环向磁体的闭环运行。

其中，磁通泵包括脉冲电源和螺管线圈；具体为：螺管线圈穿过环向磁体圆形定位孔为环向磁体励磁，脉冲电源提供交变电流，通过周期性励磁使环向磁体磁场不断增大至期望值，使环向磁体电流保持恒定，维持稳定的磁场。

本发明的有益效果为：本发明将ReBCO超导环片设计为D形环片，拓展了ReBCO超导体应用于强磁场和热核聚变的范围；与绝缘片环向堆叠得到的环向超导磁体不仅能够输出大空间稳定的磁场，而且内部各个ReBCO超导环片之间无需焊接、无需大电源和电流引线即能实现闭环运行，采用低温杜瓦浸泡式冷却磁体方式，却具有高磁体载流能力、低漏热、结构紧凑、可拆卸等优点；能够产生稳定大空间的磁场，满足等离子体约束所需磁场位形和磁场强度，广泛应用于中大型托克马克磁体、热核聚变反应等领域。

附图说明

附图1为ReBCO超导薄片的结构示意图；

标号说明：1-ReBCO超导薄片；101-衬底；102-缓冲层；103-ReBCO薄膜；104-保护层；

附图2为ReBCO超导环片结构示意图；

附图3为绝缘片结构示意图；

附图4为实施例4环向磁体结构示意图；

附图5为实施例5环向磁体结构示意图；

标号说明：2-第ⅠReBCO超导环片；3-第ⅡReBCO超导环片；4-第Ⅰ绝缘片；5-第Ⅱ绝缘片；6-第Ⅰ单元环向场磁体；7-第Ⅰ环向磁体；8-第Ⅱ单元环向场磁体；9-第Ⅱ环向磁体；10-空心螺管线圈；11-脉冲电源。

具体实施方式

本发明提供了一种基于ReBCO超导环片的环向磁体，下面结合实施例和附图对本发明做进一步的说明。

实施例1

制备如附图1所示的ReBCO超导薄片，具体过程如下：

(1)采用与第二代高温超导涂层相同的衬底材料制作出片状衬底101，其中衬底材料为Ni、NiW、哈氏合金或不锈钢；

(2)在衬底101上，采用第二代高温超导缓冲层制备工艺沉积缓冲层102，其中缓冲层为绝缘性金属氧化物；

(3)在缓冲层102上，采用第二代高温超导薄膜涂层技术镀上ReBCO薄膜103；

(4)在ReBCO薄膜103上镀上保护层104，其中保护层104为银薄膜保护层或铜薄膜保护层，即得到ReBCO超导薄片1。

其中第二代高温超导缓冲层制备工艺为离子束辅助沉积技术(IBAD)或倾斜基底沉积(ISD)技术；所述第二代高温超导薄膜涂层技术为金属有机化学气相沉积(MOCVD)、脉冲激光沉积法(PLD)或溅射法。

实施例2

制备如图2所示的ReBCO超导环片，具体过程如下：

其中，图2-a所示D形内环1个拐角处切割有定位圆孔的第ⅠReBCO超导环片2具体制备过程为：

将实施例1所得ReBCO超导薄片上切割出D形环片，内环半径为r1，外环半径为r2，圆环宽度为w1；在D形内环的直线与圆弧的1个交接处即1个内环拐角处切割出半径为r3的圆形定位孔201，即得到如图2-a所示的第ⅠReBCO超导环片2。

其中，图2-b所示D形内环2个拐角处均切割有定位圆孔的第ⅡReBCO超导环片3具体制备过程为：

将实施例1所得ReBCO超导薄片上切割出D形环片，内环半径为r4，外环半径为r5，圆环宽度为w2；在D形内环的直线与圆弧的2个交接处即2个内环拐角处切割出半径为r6、r7的圆形定位孔301、302，即得到如图2-b所示的第ⅡReBCO超导环片3，其中，第ⅡReBCO超导环片3为轴对称环片。

实施例3

制备如图3所示的绝缘片：将有机绝缘薄膜如PPLP绝缘材料薄膜、牛皮纸或环氧薄片切割为同实施例2所示ReBCO超导环片形状、尺寸完全相同的D形绝缘片。

其中，图3-a为与图2-a所示的第ⅠReBCO超导环片2形状、尺寸完全相同的第Ⅰ绝缘片4；图3-b为与图2-b所示的第ⅡReBCO超导环片3形状、尺寸完全相同的第Ⅱ绝缘片5。

实施例4

制备如图4-a所示的环向磁体，其中4-b为4-a所示环向磁体的俯视图；具体为：

(1)先水平放置第1片第Ⅰ绝缘片4，将第1片第ⅠReBCO超导环片2堆叠在第1片第Ⅰ绝缘片4上方，堆叠时上下、左右完全对齐；

(2)由下至上，依次堆叠第2片第Ⅰ绝缘片4、第2片第ⅠReBCO超导环片2、……、第N片第Ⅰ绝缘片4、第N片第ⅠReBCO超导环片2、第N+1片第Ⅰ绝缘片4，完成绝缘片和ReBCO超导环片的交替堆叠；将所得堆叠体利用法兰、螺栓固定得到第Ⅰ单元环向场磁体6；其中N片ReBCO超导环片2的堆叠方向均一致；

(3)按照步骤(1)～(2)制备8个相同的第Ⅰ单元环向场磁体6，将所得单元环向场磁体6沿环向均匀分布、固定得到第Ⅰ环向磁体7；

(4)采用磁通泵技术通过内部励磁的方式实现第Ⅰ环向磁体7的闭环运行，具体为：磁通泵包括空心螺管线圈10和脉冲电源11，空心螺管线圈10的外半径应小于第Ⅰ环向磁体7圆形定位孔201的内半径，以便空心螺管线圈可以环向螺绕地插入环向磁体圆形定位孔内；脉冲电源11为空心螺管线圈提供交变电流，其中输出电流波形上升沿时间远小于下降沿时间；通过周期性励磁的方式进行，其中每个周期励磁都使环向磁体的磁场增加，当环向磁体的磁场达到要求时，无需撤去空心螺管线圈10，关闭脉冲电源11，即能使得超导片的电流保持恒定，维持一个稳定的磁场，避免了人为操作带来的影响。

实施例5

按照与实施例4相同的方法，堆叠第Ⅱ绝缘片5、第ⅡReBCO超导环片3，并固定得到如图5-a所示的第Ⅱ单元环向场磁体8，将8个相同的第Ⅱ单元环向场磁体8沿环向均匀分布、固定得到第Ⅱ环向磁体9；其中，5-b为5-a所示环向磁体的俯视图。

同样采用磁通泵技术通过内部励磁的方式实现第Ⅱ环向磁体9的闭环运行，具体利用2个空心螺管线圈10环向螺绕地插入第Ⅱ环向磁体9圆形定位孔301和302内，以实现整体励磁。

一种基于ReBCO超导环片的环向磁体专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。