管内电缆导体结构模拟设计优化模型

针对管内电缆导体(Cable-in-Conduit Conductor, CICC)设计中的复杂性问题, 提出了基于 稳定性和应变作用的导体模拟设计模型, 研究了应变对临界电流密度影响的量化效果, 建立了 耦合损耗等多变量制约的超导导体结构设计数学规划方法, 获得优化后的合理导体结构. 并将 数值模拟设计的CICC 导体与KSTAR(Korean Superconducting Tokamak Advanced Research)工程 设计进行了比较和分析, 结果显示二者吻合较好.     

ITER:电缆试验引发的担忧

国际热核聚变实验堆(ITER)聚变机心脏部位超导电缆的退化,有可能会造成进一步延误的危险。三大洲的科学家正在着手弄清一个有关世界上最大的聚变实验项目——ITER超导电缆潜在的严重问题。《自然》杂志获悉,对ITER强大的中央磁铁电缆所做的初步检查显示,由于其退化过快可能已无法使用。如果悬而未决,则此问题会使多年来已饱受技术之困和预算挫折的项目在未来再度延迟(参见本期"聚变实验堆工期延误引人忧虑"文)。     

美国对核聚变能开发计划作重大调整

经过一年半的广泛讨论,在美国总统科技顾问委员会(PCAST)的意见的基础上,在美国国会的催促下,美国聚变能委员会向美国能源部提交了报告.该报告归纳了各方面的意见,提出一个“聚变能科学计划”,成为美国核聚变能开发政策的重大调整的基础,现已在实施中.原计划的超导托卡马克TPX计划已取消,转而着重研究能减小规模、降低成本,及在经济性和环境保护方面具有吸引力的聚变堆的物理基础及技术问题,并已开始建造水冷铜磁体的球形托卡马克装置NSTX.美国已决定实际上退出ITER国际热核试验堆的建造.这一调整,会给世界核聚变开发研究带来巨大影响.     

强磁场用第二代高温超导带材研究进展与挑战

强磁体应用是高温超导材料研究的最大驱动力之一.最近基于REBa2Cu3O7-δ(RE123)涂层导体的超导磁体的中心磁场达到了26.4 T,为目前全高温超导磁体的最好水平,超过NbTi-Nb3Sn基超导磁体极限;同时,在低温超导背景场中内插17 T的第二代高温超导(2G-HTS)带材磁体实现了32 T的全超导磁体,打破了该类磁体磁场强度的世界纪录.这些强磁场技术的突破正是基于高温超导材料的进步,充分显示了高温超导材料在强磁场应用中的诱人前景.然而高温超导磁体技术能否得到进一步发展与广泛应用,还取决于高温超导材料的基础性能、成材效率和性价比的改善和提升.本文将介绍第二代高温超导带材及其磁体应用技术的国内外发展现状,主要包括第二代高温超导带材的技术路线、我国低成本化学法产业化发展情况、人工磁通钉扎技术和磁场下传输性能的提高、超导厚度诱导的临界电流密度下降以及焊接、机械性能等强电应用相关的关键科学和技术问题等.     

EAST超导托卡马克

EAST超导托卡马克是我国设计建造的国际上第一个建成的全超导托卡马克实验装置.EAST的建成填补了从短脉冲中型常规托卡马克向长脉冲大型超导托卡马克过渡过程中"中型超导托卡马克"的空缺.EAST具有国际热核聚变实验堆(ITER)类似先进技术,具有与ITER类似的超过1000 s的长脉冲高参数运行能力,是未来10年国际上极少数有能力在高参数条件下开展长脉冲聚变等离子体物理和工程技术研究的实验平台.EAST已经取得了超过400 s的偏滤器位形等离子体以及稳定重复的超过30 s的长脉冲"高约束模"等离子体,创造了新纪录.EAST致力于解决ITER及未来聚变堆高性能稳态运行相关的关键物理和工程问题.这些研究将为中国未来聚变实验堆的设计和运行提供重要的依据,并为未来建造稳态、高效、安全的托卡马克类型的聚变反应堆提供重要的工程技术和物理基础.     

燃起“太阳之火”——-谈谈“可控核聚变”

据央视国际报道,近日中国科学家建成世界上第一个全超导核聚变“人造太阳”实验装置,模拟太阳产生能量。这是国家“九五”大科学工程EAST(先进超导托卡马克实验装置)建设项目,制造一个装置实现受控热核(聚变)反应,可以得到无穷尽的清洁能源就相当于人类为自己制造一个或数个小太阳,源源不断地从核聚变中得到能量。报道说,EAST工程是国家“九五”重大科技工程,工程总投资近3亿元,已成功完成首次工程调试,低温调试和磁体通电测试获得通过,预计今年7、8月份正式运行,进行放电试验。     

环向等离子体转动对离子能量输运的影响

托克马克等离子体的能量反常输运是等离子体物理及受控热核聚变研究中多年未解决的难题.通常认为,等离子体湍动导致了反常输运.但是,目前依然不清楚:湍动是反常输运的唯一机制或仅为机制之一?因此,其它途径的探索依然是必要的.本文从经典途径分析了等离子体环向流动(或转动)对离子能量输运的影响.这里的基本思想是这样的:托克马克等离子体的转动可使等离子体等压强面(或等内能面)与磁面分离、等T_i面与磁面分离(T_i为离     

面向聚变堆的托卡马克稳态先进运行模式的发展

人类文明和经济的持续快速发展有赖于新能源的发现和广泛应用。清洁、高效、几乎无尽的核聚变能源可以成为当前化石能源的有效替代,能够成为人类的终极能源。名为托卡马克(Tokamak)的磁约束装置是当前人类用于研究核聚变产生能源的主要方式之一。为了提高其运行的安全性和经济性,科学家们设计了多种能够使聚变等离子体长时间稳态运行的先进运行模式。这类运行模式的长足发展依赖于高温等离子体物理和核聚变相关技术等领域的研究进展,尤其是对于自举电流和外部驱动电流的研究。托卡马克稳态先进运行模式将成为未来国际热核聚变实验堆(International Thermonuclear Experimental Reactor,ITER)和中国聚变工程实验堆(China Fusion Engineering Test Reactor,CFETR)主要的运行模式。     

高场磁体用套管法Nb_3Al超导线材制备及性能

采用套管法,结合挤压、拉拔和轧制等塑性加工过程制备了Nb3Al超导线材前驱体长线,并利用自主设计制作的急热急冷(~2000℃,RHQ)装置对线材样品进行RHQ热处理和低温成相退火,获得了高性能的Nb3Al超导线材.结果表明,该线材由管状Nb3Al超导体、Nb基体骨架和孔洞组成;即通过RHQ热处理使Al芯与周围的Nb实现固溶体化,并留下孔洞,随后的低温成相退火使Nb-Al固溶体生成了管状Nb3Al超导体,而在距离Al源较远的位置则留下未反应的Nb基体骨架.通过扫描电子显微镜和磁化率测量显示,该线材中Nb3Al超导体具有精细的晶粒尺寸(50~100 nm)和良好的晶粒连接性;不同样品的起始超导转变温度(Tc)均达到了约17 K,表明该线材中Nb3Al超导体的Nb/Al原子比接近理想的3:1.因此,利用套管法有望制备出满足下一代高场磁体应用的高性能Nb3Al超导线材.     

线性剪切流中弹性界面液滴变形的惯性作用

弹性界面液滴(由弹性界面包裹而成的液滴)在流场中的变形等动力学行为是深入理解液滴群悬浮液流变特性以及发展基于液滴的物质输送技术的重要基础.流体惯性、液滴界面弹性、流体黏性等力学作用相互耦合,共同控制弹性界面液滴的动力学行为.已有文献以Stokes流假设进行简化,集中研究了忽略流体惯性条件下弹性界面液滴的变形动力学行为.本文结合Front Tracking Method和Finite Element Method,在传统两相流模拟方法中引入薄膜弹性力学理论,发展了能同时考虑液滴界面弹性和流体惯性的两相流数值模拟方法,研究了颗粒雷诺数(Re)对线性剪切流中弹性界面液滴变形动力学行为的影响.结果表明:雷诺数较高时,弹性界面液滴的瞬态变形出现振荡,且随雷诺数增大,变形振荡的幅值和周期都增大,液滴瞬态变形时间变长;随雷诺数增大,液滴的最大变形和稳态变形均增大,且液滴形状也有显著变化.由此可见,在Re1的条件下,流体惯性对弹性界面液滴变形动力学行为的影响不可忽略.     

Bi系超导相的高温行为

Bi-Sr-Ca-Cu-O系中存在三个超导相,分别为Bi_2Sr_2CuO_x(2201相)、Bi_2Sr_2CaCu_2O_y(2212相)和Bi_2Sr_2Ca_2Cu_3O_z(2223相)。Pb取代部分Bi有利于2223相的形成。目前,对这一体系超导相在高温下的行为报道甚少。由于熔融处理对改善人有着重要的作用,因而研究超导相的高温行为对如何提高J_C有着重要的指导意义。     

掺杂Ag_2O的Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O体系的研究

一、引言 大量研究表明在Bi系超导体中存在着丰富的类Josephson结弱耦合,因此增强超导晶粒间弱耦合以改善样品的临界电流特性是很有意义的。文献[1,2]指出在YBa_2Cu_3O_(7-8)体系中掺杂银或氧化银提高了样品J_c。文献[3]的实验结果表明在Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O超导体中掺杂银粉时,样品的T_c和J_c敏感地依赖于烧结气氛。文献[4]则认为在Bi系中掺     

Ni/MH动力电池循环过程热效应分析

通过建立二维热模型对6.5 Ah 圆柱型Ni/MH动力电池在常规循环和模拟工况循环过程中的热效应进行了分析, 并讨论了循环次数对电池热效应的影响. 实验采用石英频率微量热仪对电池的热容量及其在不同电流(1 C, 3 C, 5 C)过充电时的产热速率进行了测量, 继而将产热速率曲线拟合成分段函数, 以此建立精确的热模型. 实验采用有限元方法模拟了电池在不同循环次数时不同电流充电过程中其内部温度场分布. 结果表明, 电池在常规循环和模拟工况循环时, 循环次数与电池内部中心温度之间均近似呈现线性关系; 同时, 在对电池热效应的测试过程中, 充电电流越大, 循环次数对热效应的影响越显著. 由此, 可以预测不同循环次数时电池内部的温度分布, 从而对不同循环次数时电池的实际使用条件提供指导.     

单层黑磷弯曲变形的各向异性及其失稳现象

利用密度泛函理论系统地研究了单层黑磷的纯弯变形特性,揭示了单层黑磷沿锯齿型方向弯曲时的失稳现象,并与石墨烯和单层二硫化钼的弯曲变形行为进行了比较.在此基础上,从连续介质力学的角度引入等效原子面积,计算了3种材料的弯曲刚度,并且与实测值和经验势的结果很好地符合.结果表明,单层黑磷的弯曲变形体现了明显的各向异性,刚度过大的锯齿型弯曲是导致其失稳区过早出现的力学根源,而单层黑磷孤电子对的排斥作用是弯曲变形呈现各向异性的主要物理机制.     

高温超导微带谐振器

超导转化温度高于液氮沸点温度77K的高温超导体刚一问世,国际上立即掀起了一场高温超导材料的研究热潮,以求研制出超导临界温度高、微波表面电阻R_s小、超导性能稳定的高温超导体.经过几年的努力,某些高性能高温超导材料的研制已日趋成熟,且逐渐步入实用化阶段.在微波领域里的应用是高温超导材料应用的一个重要方面.高温超导微带谐振器具有Q值高、体积小、重量轻的突出优点而倍受重视,它不仅可作为微波器件(如低相噪高温超导振荡电路的选频器件)使用,而且还可用来研究超导薄膜或介质衬底材料的微波性能.1 设计原理根据电磁理论,微带谐振器的无载品质因数Q_o有如下关系:式中Q_c为表征导体Ohm损耗的品质因数,Q_ε为表征介质衬底材料微波损耗的品质因数,Q_r为表征辐射损耗的品质因数.根据定义,Q_o还可表示为Q_0=ω_0W_0/P,(2)式中ω_o为谐振角频率,W_O为谐振器的总储能,P为谐振器的总耗能,即     

Y123相超导体有机保护膜研究

高温超导材料在实用中要求其超导性能稳定.但是,Y系超导材料易受环境中的水汽、CO_2侵蚀而分解,生成的最终产物含有Ba(OH)_2,Y(OH)_3以及BaCO_3等碱性物质;一些超导器件(如超导微波器件)需防止器件与环境的各种接触造成表面性能恶化.因此,有必要对超导器件进行保护,与各种不良环境隔离.国外有过一些使用无机保护材料的报道,主要采用真空热蒸发沉积和酸钝化方法,可将超导材料在水中保护约数分钟到1h;文献[1]用有机保护材料浸渍超导材料,可获得在水中保护数小时的结果.本文用pH酸度计进行监测,选用有机高分子化合物作保护材料,可在水中保护40h以上.     

高磁场中的化学及其未来

在超导材料开发的同时研究人员一直在注意提高超导磁体的质量。1987年卡尔斯鲁厄大会公布的一种含有Ti/Nb_3Sn基合金的磁体,其最高记录的磁通密度迄今为20.15泰斯拉(T)。然而高磁场的产生需要低温条件。一种新近发现(1986)的氧化物基高温超导体虽然达到高临界温度(Tc),但仍应该作进一步开发,使之成为产生高磁场的超导磁体。对超高磁场的研究也是对极端领域如超高温、超低温、超高压和超高真空领域的研究。借助新科技考察各种材料(金属、半导体、活体、大分子、液晶等)和原子、分子、原子团以及离子,可望导致新材料的发现和/或新现象的开发。在高磁场中,物质可能显示出独特     

Pb(Zr, Sn, Ti)O3反铁电-铁电陶瓷热释电谱

改性Pb(Zr,Sn,Ti)O₃ 反铁电-铁电陶瓷存在着多种晶体结构, 随着温度变化会发生相变而影响材料的性能. 研究了铌改性Pb(Zr,Sn,Ti)O₃反铁电-铁电陶瓷温度诱导相变中的热释电效应. 结果表明, 温度诱导相变引起电荷突变形成尖锐的热释电峰, 热释电峰的形状和位置取决于相变的类型和温度. 组分和初相态变化导致的不同相态变化过程形成峰形和峰位不同的热释电谱. 热释电谱不仅可以显示极化强度随温度的变化情况而且可以测定出弱的次级转变, 如在介电温谱中难以观测的反铁电AFE_A-AFE_B 铁电FE_L-FE_H 之间的相态转变在热释电谱中都有明显的热释电峰. 作为一种弱电测量方法, 热释电谱可以完整地反映Pb(Zr,Sn,Ti)O₃ 反铁电-铁电材料相态随温度变化的情况.     

电场作用下电流变液滴的变形及力学行为

外加电场作用下的液滴变形及力学行为是电流体动力学研究的重要内容.基于volume-of-fluid(VOF)方法,将电场力作为源项添加到流体运动的Navier-Stokes方程中,提出了电流体流场与电场双向耦合的数值方法,分别研究了外加均匀电场与非均匀电场作用下,中性漏电液滴和带电液滴的变形/运动及其力学行为.小变形条件下,数值模拟得到的外加均匀电场中性漏电液滴的变形系数接近于理论值,验证了本文方法的正确性.研究结果表明,电场作用下液滴与周围介质物理属性的差异导致液滴表面不同的自由电荷再分配形式及其变形状态;相对于电场方向,中性漏电液滴可能会发生"扁长型"或"扁平型"变形.均匀电场下,中性漏电液滴内部形成稳定的回转运动,液滴不会发生宏观运动;对于存在净电荷的液滴,由于库仑力的作用,液滴不仅会发生变形,同时也会沿电场线方向运动.非均匀电场下,中性漏电液滴与带电液滴都会沿电场线运动,并发生不同的变形.本文所提出电流体流场与电场双向耦合的数值方法为静电喷雾、电泳等复杂的工程电流体动力学研究提供了理论基础.     

大气重力格林函数

具有噪声低、灵敏度高、连续性和稳定性好等特点的超导重力仪的观测精度已达0.1μGal 或更高量级,它在研究潮汐和非潮汐重力场变化信号中,特别是在地球物理学和地球动力学的应用研究中将起到十分重要的作用.在利用超导重力仪观测重力场变化的同时,还记录到台站和区域气压场变化产生的重力信号.它们通常由三部分组成、即:(1)大气质量变比引起的直接效应;(2)大气质量负荷作用下,弹性地球产生的变形效应;(3)由于变形使地球内部质量重新分布而引起的地球引潮位变化.Farrell引进了地表质量负荷重力格林函数,但当质量密度分布随高程变化时,问题要夏杂得多,我们必须重新考虑这一问题.研究表明,牛顿引力项的主要贡献来自台站近区的低层大气质量变化,而弹性地球的变形对重力场的影响部分主要来自台站远区范围的大气质量负荷效应.