ITER极向场线圈超导接头设计与工艺研究

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ITER聚变装置是当今世界最大的磁约束核聚变实验堆,其磁体系统主要包括极向场线圈,环向场线圈,校正场线圈以及磁体馈线系统。在所有磁体中,超导接头作为连接超导导体终端的结构部件,主要起到连接电回路以及传递冷却介质的作用。线圈中引入超导接头,势必会增加热负荷,因此,超导接头的性能将会直接影响到磁体系统的安全运行。基于这种情况,超导接头的结构设计以及制造工艺日益得到国内外广泛重视。本文依托ITER PF6项目,对ITER极向场线圈超导接头开展了相关研究,主要包括以下几个部分:  首先,根据ITER磁体设计要求,对ITER极向场线圈超导导体及接头进行了设计与优化,确定了其结构形式及相关参数。在此基础上,对超导接头的重要参数进行了理论计算与校核,主要包括交流损耗(包括磁滞损耗、耦合损耗、涡流损耗)、直流电阻、压力损耗以及热稳定性等。  其次,根据ITER要求,在接头正式制造之前,需要进行认证,包括接头力学疲劳拉伸测试以及接头电学性能测试,以此来验证接头制造工艺。参照测试要求以及测试装置背景,完成了力学性能与电学性能样件的结构设计,并对电学性能测试样件进行了电磁-结构分析。计算结果表明,此结构强度符合设计标准,结构设计合理。此外,针对接头盒制造工艺,进行了压力辅助接头盒密封焊接过程分析以及锡焊加热温度场分析计算,分析结果表明,所制定的工艺方案及参数能满足接头盒制造要求。  最后,进行了超导接头制造的工艺探索与研究。主要包括:铜剩余电阻比率测试、复合板折弯、导体去铠甲、超导缆表面处理、子缆隔离、导体与接头盒TIG焊接等。通过对PF6线圈超导接头制造工艺实验的研究,确定了切实可行的接头制备技术路线,相关结果也必将会为其他大型磁体超导接头的设计与制造提供重要的参考依据。
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