【ZiDongHua 之自動化學院派收錄關鍵詞： 清華大學 機械工程 極高場全超導磁體】
　　
　　清華大學機械工程系瞿體明課題組在極高場全超導磁體研制技術領域取得進展
　　
　　強磁場是一種重要的極端實驗條件，可改變物質狀態(tài)而呈現(xiàn)新的物理化學特性，可推動新材料的研制，更可以催生能源、醫(yī)療和大科學裝置領域的重大應用技術。以稀土鋇銅氧（REBa2Cu3O7-x）高溫超導磁體為核心組成的全超導磁體具備運行功耗低和磁場強度高的突出優(yōu)勢，具有重要應用價值。近日，中國科學院等離子體物理研究所與清華大學機械系瞿體明副教授課題組合作，使用全國產材料成功研制了一款中心磁場達32.4 T，電磁孔徑17 mm的驗證性全超導磁體（現(xiàn)有極高場用戶級超導磁體包括中國科學院電工所32.35 T / 43 mm超導磁體、美國高場實驗室32 T / 40 mm超導磁體等）。該款磁體（圖1）實現(xiàn)了極高場超導磁體材料、設計、制造的全國產化和全自主可控，對于我國極高磁場技術，以及緊湊型托卡馬克聚變裝置技術的發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。
 
　　
　　圖1  32.4 T極高場全超導磁體，左為結構設計圖，右為磁體實物圖
　　
　　該磁體的核心難點在于控制由超導屏蔽電流效應帶來了局部電磁應力集中（圖2）。清華大學團隊開發(fā)了考慮屏蔽電流效應的分區(qū)耦合大規(guī)模高溫超導磁體力電計算模型，提出了無絕緣及金屬絕緣線圈聯(lián)合的結構方案，采用高彈性模量金屬帶材并繞和外纏繞工藝有效解決了低溫高場下高溫超導磁體應力控制難題，確定了全超導磁體的勵磁測試方案。確保高溫超導磁體獨立貢獻20 T穩(wěn)定中心磁場近18小時，并最終達到了32.4 T的實測磁場（圖3）。
 
　　
　　圖2  高溫超導磁體的屏蔽電流效應及其對電磁應變的局部集中作用
 
　　
　　圖3  32.4 T極高場全超導磁體的整體測試過程及磁場測量結果
　　
　　研究成果以“Strain analysis and preliminary test of an all-superconducting high-field magnet generating 32.4 T direct-current magnetic field”為題被應用超導領域Top期刊Superconductor Science and Technology接受。中國科學院等離子所張新濤博士和清華大學機械系2019級博士生邵良俊為論文共同第一作者，瞿體明副教授與中國科學院等離子所劉華軍研究員、劉方研究員為論文共同通訊作者。該工作得到了國家“十三五”重大科技基礎設施——聚變堆主機關鍵系統(tǒng)綜合研究設施（CRAFT）建設項目、中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項（B類）和國家自然科學基金等項目經費支持。
　　
　　論文鏈接：https://doi.org/10.1088/1361-6668/ad85fe