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中国已承担ITER(International Thermonuclear Experimental Reactor)项目TF(Toroidal Field)导体,PF(Polodial Field)导体的生产,ITER导体主要由Nb3Sn和NbTi超导股构成。超导股线和超导导体的性能直接影响整个装置的稳定运行状况,为了保证超导导体的性能符合ITER的要求,需对超导股线和超导导体进行直流和交流性能测试。本论文对ITER超导磁体线圈在设计最大运行电流时的磁场分布进行分析,对ITER用的超导股线进行室温和低温的性能测试分析,并对Nb3Sn超导股线在受轴向和弯曲应变下的临界性能进行测试研究,另外对ITER用的超导导体的直流和交流性能进行测试分析,为ITER超导股线和超导导体的应用提供参考。 本文首先对ITER用的各个磁体线圈在最大运行电流条件下,运用ANSYS软件和EFFI软件进行了电磁分析,得出ITER超导磁体线圈的磁场分布。所采用的ANSYS计算模型分别为:CS线圈与PF线圈建立二维模型进行轴对称分析;通过单独建立1/18对称TF线圈三维模型,施加耦合循环对称条件进行分析;通过建立ITER整体线圈的1/18对称三维模型,并施加耦合循环对称条件并分别计算TF线圈磁场和CS与PF线圈的磁场,并进行耦合得到ITER磁体线圈磁场总的分布;通过EFFI程序计算出ITER超导磁体线圈的电感和储能。 为了确保ITER用超导股线的性能符合ITER磁体运行的要求,需对超导股线进行室温和低温的性能测试。论文中介绍了超导股线室温镀层,铜超比和扭矩测量的测试方法;设计出了用于低温临界电流测试中可易于样品骨架拆装的低温实验样品杆,以及RRR值测试设备的改进工作;并对Nb3SN超导股线在弯曲应变和轴向应变下的临界性能进行测试分析与研究,为超导股线的研究提供了全面的实验测试平台。 为了确保ITER用超导导体的性能符合ITER磁体运行的要求,需对超导导体直流性能,交流性能以及最小失超能量性能进行测试研究。论文中主要根据TF导体和PF导体的SULTAN实验,给出了通过电测法和量热法确定导体分流温度的计算方法以及交流损耗和最小失超能量的计算方法;并考虑了导体测试中的自场效应,通过理论计算和ANSYS软件模拟分析给出了TF导体和PF导体测试中自场的大小;对TF导体和PF导体的性能实验进行分析研究,并通过GANDALF软件分析PF导体的直流性能和最小失超能量性能。 最后,本论文开展了对超导股线和超导导体的交流损耗性能的测试与研究工作。通过超导量子干涉仪(SQUID)或者振动探针式磁强计(VSM)对ITER用的TF和PF超导股线的磁滞损耗性能进行测试,并根据磁滞损耗测试结果分析了超导股线有效丝径的大小;通过Pick up线圈测试装置测试名为OST-1的Nb。Sn超导股线受循环弯曲应变并产生Crack后对交流损耗的性能的影响,并通过AC Dipole导体交流损耗测试装置对OST-1超导导体的高场区样品和低场区样品进行交流损耗实验,研究电磁力是否使导体中的超导股线产生Crack;对实验用超导接头进行轴向和径向磁场方向的交流损耗实验并对超导接头各部分的损耗进行分析和研究,考虑了导体内部的耦合损耗,铜基体的涡流损耗和导体与导体之间的耦合损耗影响;通过理论公式对TF导体和PF导体耦合时间常数进行计算,并与导体SULTAN测试的实验结果进行分析比较。