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行业新闻

超导电力低温技术展望

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现汞的超导现象后,超导研究取得了很大的进展,其中1962年超导体约瑟夫森(RJosephson)效应的发现,触发了超导量子干涉器(SQUID)在弱电方面的应用80年代,超导工频线材的研究,使低温超导出现了转机虽然所发现的低温超导材料的临界温度*高只有23. 2K,主要在液氦温区工作,但在医学上使用的核磁共振成像仪(MRI)己达到广泛应用的水平。1986年瑞士苏黎世名称温度范围应用领域制冷室温空调、冷藏等低温气体分离、超导、激光、信息、空间技术、低温生物与医学、低温物理与低温技术超低温极低温基础研究国际上集中发表低温工程研究成果具有权威性Engineeng(低温工程进展);具有权威性的国际学术刊魅Cryog墩s局工程彖/主要国际会议3低温测量与安全性低温测量的内容比较多,但常用的是低温温度和低温液面的测量液面测量是进行液氦为储存低温液体的杜瓦。 定,精度可以提高。 低温测量常用的温度计有热电阻式和热电偶式2类从测量原理上,一般常温和低温没有原则上的不同,但在测量方法上,往往常温下忽略的问题,在低温下需要考虑,如测量引线的导热辐射等因素而温度计的选用首先取决于使用的温区,然后还要满足灵敏度、动态响应等要求主要的热电阻温度计有铂电阻锗电阻、碳电阻和铑铁电阻温度计等。热电偶温度计在液氮温区以上有铜康铜镍铬-镍硅;在液氦温区有镍铬-金铁和镍铬-铜铁镍铬-铜铁是廉金属低温热电偶温度计,它也可用于液氮温区,且在77K温度灵敏度比常用的铜康铜热电偶在进行低温试验和维持低温系统稳定运行时,需要注意安全性首先是科学的这与传统的单一低温液体冷却的模式不同,是以导热为主的新的冷却模式直接冷却的优点是:①运行简便,不需要加注液氦、液氮;②长时间运行不需补液,维护操作容易;③装置系统结构紧凑,体积小;④可简化杜瓦的设计,如只要设置一个辐射屏,从而降低了低温设备的费用和重量;⑤安全、高效,没有储存低温液体的部分,失超时不会产生高压气体迄今,超导MRI磁体己经完全采用两级吉福特-麦克马洪(Gford-McMahan)循环制冷机(间称GM制冷机)提供的导热冷却来取代浸泡冷却普通二级GM制冷机可以提供20K低温、5W的制冷量目前,GM制冷机平均无故障工作时间己达到1万h以上国际上GM制冷机销售量每年1 000套以上,一个MRI系统中,超导磁体浸泡在4.2K的液氦池中,通过GM制冷机冷却辐射屏,可以使液氦蒸发降低到很低的程度,这样每年只加1次液氦就可以保持系统的正常运行。 1.4低导热二元电流引线超导磁体是直接通过电流引线从室温电源中得到能量的。如果用常规的铜电流引线,它的漏热为铜线的导热和焦耳热2部分叠加而成在直接冷却中,利用铜引线和高温超导引线的新型二元电流引线,当高温超导电流引线工作在临界温度Tc以下时,则消除了引线的焦耳热;同时作为陶瓷材料的高温超导引线(如Bi2223)的热导率很低,从而极大地减小了从高温区向低温区的热传导漏热。这不但降低了系统的运行费用,而且可以延长补液周期,减小了低温杜瓦的体积2超导应用的低温技术发展方向超导研究可以看成超导物理、超导材料和超导应用3个领域随着研究的深入和技术的进步,超导应用研究逐步提到重要日程从某种意义上说,超导应用是超导物理、超导材料研究的推动力,而三者是相互关联、相互促进的因此,为推动我国超导电力走向应用,应着力开展超导应用低温技术的基础科学和关键技术的研究建立超导技术学科体系和基础,积累经验与工程科学数据,与超导物理、超导材料一起,逐步形成我国自己的超导应用工业基础和知识产权超导装置的动态稳定性是超导技术进入实际应用的*重要问题之一。超导磁体的冷却对稳定性的影响是限制进一步提高电流密度、磁场强度及运行可靠性的根本问题而超导磁体外界热扰动的瞬态稳定性和高温超导材料线性退化及随机因素等引起的机械稳定性,从热动力学观点,属超导磁体热脉冲扰动,脱离和恢复热平衡态的过程,是一个动态的、随机的、非线性热力学系统建立合理模型,进行状态识别、故障诊断超导装置设计、优化及预测、控制超导磁体稳定性,是现在研究的关注点。 直接冷却技术的应用将己有的液体与固体冷却的模式,转移到固体与固体的热传导形式,用微结构低温工程学观点研究接触导热的界面热阻和*佳热制冷机直接冷却技术、适合超导电力应用的制冷机新技术以固体导热为主的热输运过程、热扰动对高温超导电流引线和超导磁体稳定性的影响等基础课题,以及直接冷却技术的二元电流引线、超导磁体的结构和冷却机制等课题,是超导电力迈向应用过程中所需要着力解决的关键技术,是发展高效、安全和一体化超导电力低温技术的重要研究方向。 超导线材,特别是高温超导丝材、棒材的热导率、表面传热与失超热传播特性等,以及高热导率且同时是高电绝缘性的材料(ALN)在低温条件下的特性的研究也十分重要,是提高超导体稳定性和装置优化设计所必须的但是,目前国内外都很缺乏这些基础数据因此,为进一步满足超导电力应用,收集低温基础数据,提出新概念新原理、新工艺,开发新结构材料,研究高效、低蒸发率和无磁杜瓦以及超导电力低温技术一体化技术等,都是需要扎扎实实地进行的基础性工作3结论超导电力低温技术的基础科学研究和超导低温装置应用关键技术研究是超导走向实用化的重要基础与保证条件。 制冷机直接冷却是超导电力应用发展的方向,既要加强装置器件特性研究,又要重视其基础科学问题的研究为适应超导电力应用发展,需要开发低温超导与高温超导的复合超导装置和制冷机与杜瓦复合的超导低温系统装置。 开展超导电力-低温技术一体化新概念新原理、新材料、新工艺的研究,逐步积累形成我国的超导应用与低温技术的知识产权结构

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