Nb3Sn超導(dǎo)股線臨界特性的應(yīng)變依賴性及標度關(guān)系研究.pdf

1、A15相Nb3Sn超導(dǎo)股線因其具有良好的超導(dǎo)性能，被廣泛應(yīng)用于多種大尺度的高場超導(dǎo)磁體（大于13T）中。然而，由于Nb3Sn的超導(dǎo)臨界特性（臨界溫度cT、上臨界場Bc2、臨界電流Ic）強烈依賴于應(yīng)變，因此在發(fā)生應(yīng)變時，磁體系統(tǒng)會發(fā)生性能退化。這些應(yīng)變通常來源于系統(tǒng)冷卻過程中的機械載荷（由于復(fù)合材質(zhì)中熱收縮的差異）以及操作（由于產(chǎn)生洛倫茲力）。因此，了解超導(dǎo)臨界參數(shù)的應(yīng)變依賴性至關(guān)重要，尤其是臨界電流。
　　標度關(guān)系（標度律）是描述

2、臨界電流密度隨磁場、溫度、應(yīng)變關(guān)系的基本理論。計算Nb3Sn超導(dǎo)股線中的臨界電流密度的關(guān)鍵是標度理論中描述應(yīng)變依賴性的“應(yīng)變依賴函數(shù)”。在過去的幾十年，許多從理論或?qū)嶒灲嵌忍岢龅臉硕纫蕾嚭瘮?shù)模型被廣泛提出。然而，目前還沒有一種公認的模型能從理論和實驗兩方面都能很好的詮釋上臨界場的應(yīng)變依賴性。
　　本文根據(jù)Migdal-Eliashberg理論并結(jié)合第一性原理計算結(jié)果首先給出了最常見的單軸應(yīng)變狀態(tài)下應(yīng)變依賴標度模型的簡單表征形式。從

3、McMillan方程出發(fā)，通過平均聲子頻率和電聲耦合參數(shù)，得到了將單軸應(yīng)變εa聯(lián)系到臨界溫度Tc的方法。由于平均聲子頻率ωln和電聲耦合參數(shù)λ隨單軸應(yīng)變εa的“鐘形”變化關(guān)系可用拋物關(guān)系近似，根據(jù)McMillan方程將臨界溫度Tc和單軸應(yīng)變εa聯(lián)系起來。再根據(jù)上臨界場和臨界溫度的關(guān)系，進而得到上臨界場Bc2隨單軸應(yīng)變的變化關(guān)系（本文應(yīng)變值均以百分比表示）。通過這種方法，得到了新的Nb3Sn的應(yīng)變依賴函數(shù)以及標度律。
　　按照應(yīng)變張

4、量不變量觀點，根據(jù)臨界溫度、平均聲子頻率、電聲耦合參數(shù)分別隨應(yīng)變變化關(guān)系的一致性，得到了應(yīng)變依賴函數(shù)的新全量不變量模型。全量不變量模型和二次模型都能很好擬合不同規(guī)格Nb3Sn股線的實驗測量結(jié)果，并且與其他已有標度模型相比，具有更簡單的表達形式。此外，全量不變量模型對上臨界場Bc2隨應(yīng)變的測量結(jié)果具有更好的外推能力。
　　此外，本文還應(yīng)用有限元方法研究了Nb3Sn超導(dǎo)股線在受到橫向載荷作用下的力學(xué)性能?？紤]了壓元接觸面形狀對股線力學(xué)