《世界最大超导磁体动态测试设施建成》

  • 来源专题:能源情报网监测服务平台
  • 编译者: 郭楷模
  • 发布时间:2025-01-07
  • 科技日报讯 (记者洪敬谱)1月3日,记者从中国科学院合肥物质科学研究院等离子体所获悉,由该所建设运行的国家重大科技基础设施“聚变堆主机关键系统”近日取得新进展,其子系统“聚变工程堆中心螺管系统”完成首轮测试实验,最大测试电流达到稳态48千安培,超过47千安培的设计值。实验结果表明:该设施全面达到设计指标,成为世界上尺寸最大、实验条件最完善的大型超导磁体动态性能测试系统。

    “聚变工程堆中心螺管系统”旨在建成大型超导磁体及实验系统,开展针对未来聚变工程堆运行工况下,超导中心螺管磁体强电磁场、高压快速变化、系统可靠性等系列实验,获得充分的运行工况数据,为我国聚变工程堆建设奠定坚实基础。

    据了解,该项目组历时近10年,解决了大型聚变堆超导磁体设计、低阻超导接头、超低温磁体绝缘、失超保护、大型低温、高电流电源及快速磁场变化安全控制等多项关键科学技术问题,成功研制并建成世界最大的超导磁体及测试系统,实现超导磁体材料、设备、系统100%国产化;接下来将进一步优化系统控制,深入开展高磁场变化率、更大电流、更高磁场、极端事故工况等科学研究。

    聚变工程堆中心螺管系统的建成,不仅能为未来聚变堆提供良好的实验条件,同时也为低温、材料、凝聚态物理、超导应用等其他领域提供一流的大型测试平台。

  • 原文来源:https://www.cnenergynews.cn/kejizhuangbei/2025/01/06/detail_20250106193774.html
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    • 编译者:husisi
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    • 据人民日报报道,日前,中国科学院电工研究所王秋良团队成功研制出中心磁场高达32.35特斯拉(T)的全超导磁体。该磁体采用了自主研发的高温内插磁体技术,打破了2017年12月由美国国家强磁场实验室创造的32.0特斯拉超导磁体的世界纪录,标志着我国高场内插磁体技术已经达到世界领先水平。 据了解,王秋良1986年毕业于湖北大学物理系,获学士学位,1991毕业于中国科学院等离子物理研究所, 系低温工程专业的硕士学位。1994毕业于中国科学院电工研究所,工学博士学位。1996年毕业于日本九州大学工学部超导科学研究中心,后来曾在韩国、英国、德国从事有关研究工作。 王秋良学长是强电磁工程与技术领域专家。1999年入选中国科学院“相关人才计划”,2009年成为国家相关人才计划获得者,2016年入选国家“相关人才计划”。长期致力于强电磁装备基础理论与工程技术的研究。在强电磁装备构造理论、设计方法与成套技术研究等方面取得了系统性、创造性成果。先后获得国家技术发明二等奖2项、国家科技进步二等奖1项、省部级一等奖4项和何梁何利科学与技术进步奖等多项荣誉,为我国强电磁装备发展做出了重要贡献。 2019年11月22日,王秋良当选中国科学院院士。 此前低温超导磁体产生的磁场强度上限为23.0特斯拉左右。此次,王秋良团队设计并建造了全新的超导线圈和支撑结构,提高了线圈的整体工程电流密度和局部安全裕度,并采用轴向弹性支撑结构和绑扎装置,提高了超导接头抵抗局部拉应力集中的能力,使极高场内插磁体的电磁安全裕度和应力安全裕度都得以大幅提高。经测试,此次建造的极高磁场超导磁体在液氦浸泡条件下产生了32.35特斯拉的中心磁场,并且实现了在32.35特斯拉全超导磁体的稳定运行,其关键技术参数均已满足综合极端条件实验装置国家重大科技基础实施项目对极端强磁场的技术要求。 高低温混合超导磁体测试曲线 中国科学院院士周远、美国麻省理工学院教授Yukikazu Iwasa等专家学者共同见证了现场测试试验。据悉,此项研究成果将服务于世界一流水平的综合极端条件实验装置用户,为我国物质科学探索新物态、新现象、新规律等基础研究和应用研究提供最先进的强磁场实验条件。
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    • 编译者:魏韧
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    • 大型光源设施可以产生极强烈的光,使科学家观察以前不可能看到的物质,更好地了解自然世界,以便制造更耐用的材料、建造更高效的电池和计算机。如果能从较小的设备中产生能量较高的光束,就可以节省数百万的建设成本,还可能显著提高现有光源的性能,这也是促成美国能源部阿贡国家实验室、劳伦斯伯克利国家实验室和费米国家实验室的科学家们合作的原因。 经过15年的研究,美国能源部三个国家实验室的科学家们成功创造并测试了一种先进、强大的超导磁体。这一重要里程碑成果——磁体样机,由铌和锡制成,长半米,可用于现有和下一代光源。其研发的重点是一种可保持超导状态的铌锡合金,非常适合制造波荡器磁体。光源(如阿贡国家实验室的先进光子源APS)通过吸收电子在储存环内循环时发出的能量产生光子束,波荡器磁体是将能量转化为光的装置,它的磁场越强,同样大小的装置产生的光子就越多。尽管该磁体与APS等光源兼容,但其真正的应用前景是在下一代光源——自由电子激光设施上。如果缩小设备的规模,隧道的规模也会随之缩小,可以节省数千万美元。 目前,APS安装的部分超导波荡器磁体由铌钛合金制成,这也是几十年来的标准配置。但铌钛超导体适用于较低的磁场强度,在10特斯拉左右就不再是超导体了。铌三锡是一种更复杂的材料,能够在更强的磁场下导电,最高可在23特斯拉时具有超导性能,在较弱的电场下,其承载的电流是铌钛超导体的3倍。这些磁体需在4.2开尔文(约零下450华氏度)的低温下,才能保持超导性。伯克利实验室科学家Soren Prestemon表示:“这是第一台铌锡波荡器,设计既符合当前规范,又经过了束流传输磁场质量方面的全面测试。” 发起并领导铌三锡磁体项目的Sasha Zlobin说,费米国家实验室从上世纪90年代起研究这种材料,其铌三锡研发项目围绕粒子加速器用超导磁体,如用于欧洲核子研究中心的大型强子对撞机和即将在费米国家实验室建造的质子改进计划II(PIP-II)直线加速器。研发强磁场铌三锡磁体积累的知识可应用于基于这种超导体的超导波荡器。 研发过程包括如何避免磁体在接近所需的磁场水平时过早失超。在研发团队发表于IEEE Transactions on Applied Superconductivity上的报告称,在更强的磁场下,新设备电流几乎是APS现有的铌钛超导波荡器的2倍。劳伦斯伯克利国家实验室设计了利用先进计算技术检测失超并保护磁体的系统。 团队下一步将扩大样机——建造另一个长度超过一米的样机。研究小组计划在APS的1区安装全尺寸样机,预计于明年完成。