二硼化鎂超導(dǎo)線材穩(wěn)定性研究.pdf

1、二硼化鎂(MgB2)超導(dǎo)體生產(chǎn)工藝簡單、生產(chǎn)周期短、臨界電流密度高、成本低、可工作于制冷機環(huán)境下等優(yōu)點使之成為應(yīng)用于核磁共振超導(dǎo)磁體中較有前景的超導(dǎo)材料。與低溫超導(dǎo)體相同，MgB2能否成功應(yīng)用于磁體、電源等大電流設(shè)備取決于超導(dǎo)體的穩(wěn)定性和繞組失超保護措施。深入了解超導(dǎo)線材的失超發(fā)生和傳播過程對改善超導(dǎo)線材乃至磁體的穩(wěn)定性起著重要的作用。本論文由國家自然基金《多芯MgB2超導(dǎo)線材穩(wěn)定化機理研究》支持，著重研究MgB2的失超傳播特性，包括最

2、小觸發(fā)能(MQE)及失超傳播速度。
　　本文主要包括兩方面內(nèi)容。一方面，通過改變超導(dǎo)線材的芯數(shù)（單芯、6芯、12芯、36芯）、包套金屬材料(Nb包套、Fe包套)、摻雜物（不摻雜、C摻雜、TiC摻雜）設(shè)計出穩(wěn)定性不同的MgB2超導(dǎo)線材。用粉末套管法(PIT)制備短樣品MgB2超導(dǎo)線材。通過X射線衍射(XRD)對樣品進行成分分析。通過掃描電鏡(SEM)分析獲得樣品的表面形貌。然后，測量出超導(dǎo)線材的磁特性以及臨界電流、臨界溫度。

3、　　另一方面，通過實驗測量和數(shù)值計算分析MgB2超導(dǎo)線材的失超傳播過程。實驗上，在制冷機環(huán)境(20K)中，測量了超導(dǎo)線材在自場條件下，加載不同電流強度時的失超行為。通過電阻加熱器給超導(dǎo)體加載脈沖熱，測量超導(dǎo)線材上各個引線的電壓值隨時間的演化關(guān)系來研究超導(dǎo)線材的失超行為。同時，通過有限元方法(FEM)計算系統(tǒng)的一維熱傳導(dǎo)方程來研究超導(dǎo)線材的失超行為。由數(shù)值計算得到的超導(dǎo)線材失超傳播規(guī)律與實驗測得值相吻合。在實驗上和理論上分析了銅超比、熱導(dǎo)

4、率、熱容、電阻率等參數(shù)對超導(dǎo)線材失超行為的影響。通過數(shù)值計算給出了傳播速度和最小觸發(fā)能隨工作溫度、熱導(dǎo)率、熱容、銅超比的變化規(guī)律。
　　實驗結(jié)果表明，隨著工作電流從40A增加到80A，MgB2超導(dǎo)線材的最小觸發(fā)能指數(shù)衰減，而傳播速度線性增加。計算結(jié)果表明，最小觸發(fā)能與熱導(dǎo)率、工作溫度和臨界溫度的差值、臨界電流成正相關(guān)關(guān)系，與熱容成正比，與工作電流、總電阻率成負相關(guān)關(guān)系。最小觸發(fā)能與銅超比之間不是單調(diào)關(guān)系，存在一個適中的銅超比值使得