【摘 要】
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基于加速器驱动的次临界系统(ADS)能够有效嬗变核废料,在核电的安全性及其核废料处理方面具有重要意义.在这一ADS系统中,核心部件之一是具有高强度(高达7-8特斯拉)的多层
【机 构】
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西部灾害与环境力学教育部重点实验室,兰州大学土木工程与力学学院,兰州,730000
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基于加速器驱动的次临界系统(ADS)能够有效嬗变核废料,在核电的安全性及其核废料处理方面具有重要意义.在这一ADS系统中,核心部件之一是具有高强度(高达7-8特斯拉)的多层复合超导磁体结构,其往往工作于高电磁场、低温等多场环境下,由此导致结构承受非常高的电磁力作用而产生严重的与力学性能关联的稳定性问题和安全运行等问题.本文介绍了我们最近在我国ADS注入器Ⅱ束流聚焦单元超导螺线管结构在多场环境下的力学测量与分析工作.该测试在高度1800mm,直径510mm的垂直杜瓦中进行,整个实验用超导磁体结构采用浸泡在液氦中实现的极低温工作环境,采用Cryogenic SMS超导电源对磁体进行励磁和低温电阻应变片(KFL,4mm×2.7mm,120Ω,4.2K)测试超导磁体在励磁过程中的实时应变状态.为了消除由于外界因素而引起的应变测量误差,采用加补偿片的方式来消除环境温度和电磁场的影响.补偿应变片放置于测量片附近并处于自由状态,其和工作应变片处于相同的环境中,补偿了工作片所产生的"虚应变"；工作应变片是通过低温胶和相关的粘贴工艺紧贴在超导磁体结构上.此外,为了减小应变仪与接收终端之间长距离导线产生的误差影响,实验中采用了基于IEEE802.15.4/ZIGBEE通讯标准的无线应变仪来接受低温下的应变测量信号.实验测试结果表明,采用以上的低温力学测量和补偿技术可以很好地实现极端环境条件下(低温4.2K,强磁场8.2T)的超导磁体的力学性能测量并给出较高测量精度；可以较好地评估该超导磁体励磁下的力学性能；同时我们通过对超导磁体力学性能的观测甚至可以达到对于磁体失超等关键安全性问题给出预测.我们进一步通过数值仿真可以获得了该超导螺线管结构的中心磁场,以及电磁力作用下的耦合变形特征,并与实验测试结果进行了对比与分析.相关的多场环境下的力学测试技术和分析结果将为我国大型ADS注入器Ⅱ束流聚焦单元超导螺线管结构设计与研制提供方法和指导.
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