二硼化鎂超導(dǎo)線材穩(wěn)定性研究.pdf

1、二硼化鎂(MgB2)超導(dǎo)體生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)周期短、臨界電流密度高、成本低、可工作于制冷機(jī)環(huán)境下等優(yōu)點(diǎn)使之成為應(yīng)用于核磁共振超導(dǎo)磁體中較有前景的超導(dǎo)材料。與低溫超導(dǎo)體相同，MgB2能否成功應(yīng)用于磁體、電源等大電流設(shè)備取決于超導(dǎo)體的穩(wěn)定性和繞組失超保護(hù)措施。深入了解超導(dǎo)線材的失超發(fā)生和傳播過(guò)程對(duì)改善超導(dǎo)線材乃至磁體的穩(wěn)定性起著重要的作用。本論文由國(guó)家自然基金《多芯MgB2超導(dǎo)線材穩(wěn)定化機(jī)理研究》支持，著重研究MgB2的失超傳播特性，包括最

2、小觸發(fā)能(MQE)及失超傳播速度。
　　本文主要包括兩方面內(nèi)容。一方面，通過(guò)改變超導(dǎo)線材的芯數(shù)（單芯、6芯、12芯、36芯）、包套金屬材料(Nb包套、Fe包套)、摻雜物（不摻雜、C摻雜、TiC摻雜）設(shè)計(jì)出穩(wěn)定性不同的MgB2超導(dǎo)線材。用粉末套管法(PIT)制備短樣品MgB2超導(dǎo)線材。通過(guò)X射線衍射(XRD)對(duì)樣品進(jìn)行成分分析。通過(guò)掃描電鏡(SEM)分析獲得樣品的表面形貌。然后，測(cè)量出超導(dǎo)線材的磁特性以及臨界電流、臨界溫度。

3、　　另一方面，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量和數(shù)值計(jì)算分析MgB2超導(dǎo)線材的失超傳播過(guò)程。實(shí)驗(yàn)上，在制冷機(jī)環(huán)境(20K)中，測(cè)量了超導(dǎo)線材在自場(chǎng)條件下，加載不同電流強(qiáng)度時(shí)的失超行為。通過(guò)電阻加熱器給超導(dǎo)體加載脈沖熱，測(cè)量超導(dǎo)線材上各個(gè)引線的電壓值隨時(shí)間的演化關(guān)系來(lái)研究超導(dǎo)線材的失超行為。同時(shí)，通過(guò)有限元方法(FEM)計(jì)算系統(tǒng)的一維熱傳導(dǎo)方程來(lái)研究超導(dǎo)線材的失超行為。由數(shù)值計(jì)算得到的超導(dǎo)線材失超傳播規(guī)律與實(shí)驗(yàn)測(cè)得值相吻合。在實(shí)驗(yàn)上和理論上分析了銅超比、熱導(dǎo)

4、率、熱容、電阻率等參數(shù)對(duì)超導(dǎo)線材失超行為的影響。通過(guò)數(shù)值計(jì)算給出了傳播速度和最小觸發(fā)能隨工作溫度、熱導(dǎo)率、熱容、銅超比的變化規(guī)律。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著工作電流從40A增加到80A，MgB2超導(dǎo)線材的最小觸發(fā)能指數(shù)衰減，而傳播速度線性增加。計(jì)算結(jié)果表明，最小觸發(fā)能與熱導(dǎo)率、工作溫度和臨界溫度的差值、臨界電流成正相關(guān)關(guān)系，與熱容成正比，與工作電流、總電阻率成負(fù)相關(guān)關(guān)系。最小觸發(fā)能與銅超比之間不是單調(diào)關(guān)系，存在一個(gè)適中的銅超比值使得