国家标准计划《低温超导管内电缆导体(CICC)设计规范》由 TC265(全国超导标准化技术委员会)归口 ,主管部门为中国科学院。
主要起草单位 中国科学院合肥物质科学研究院 、中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心 、中国科学院近代物理研究所 、中国科学院电工研究所 、兰州大学 、华中科技大学 、西部超导材料科技股份有限公司 、浙江久立特材科技股份有限公司 。
| 29 电气工程 |
| 29.050 导体材料 |
| 77 冶金 |
| 77.040 金属材料试验 |
| 77.040.01 金属材料试验综合 |
1)必要性: 超导材料的发展大大促进了超导磁体装置的发展,大型和特殊用途超导磁体装置的发展也对超导导体的性能提出了更高的要求,进而推动超导导体更加快速的发展。
随着超导技术的发展,管内电缆导体(CICC) 在大型超导核聚变实验装置及超导储能磁体中的应用具有不可比拟的优越性,是目前国际上公认的受控热核聚变装置中的大型超导磁体、大型超导储能磁体及大型超导强磁场磁体等装置的首选导体。
近些年来,面向聚变堆、强磁场等大装置对大型超导磁体系统的需求,国内外各大实验室纷纷开展多种类型下CICC导体的设计与研制工作,CICC导体的研制技术已趋于成熟,各类超导磁体中对于CICC导体的需求也日益增长。
但就CICC导体的设计准则和制备工艺而言,还未出现一部行之有效的参考指南,因此开展此项工作可对CICC导体研制提供一定参考依据,也便于人们充分了解CICC导体的设计原理与制备流程。
2)项目预期效益 CICC导体可用于多种大电流、高磁场、高机械强度以及稳定性超导磁体的应用场景中,例如聚变堆用高场超导磁体系统、脉冲强磁场磁体系统、大型加速器超导磁体系统和稳态强磁场磁体系统等。
其中CICC导体的造价均占这些大科学装置成本的30%左右,在全球范围内可产生的经济效益约在百亿量级。
本标准的设计和推广将为大科学装置管内电缆导体工程化、批量化应用中的规范性、统一性和准确性导体设计提供指导,可进一步完善我国管内电缆导体制造的标准化体系,提升我国在超导导体领域的技术实力,并促进管内电缆导体技术实现国际输出,提升我国在该领域的国际影响力。
3)可行性 标准制定单位中国科学院等离子体物理研究所(ASIPP) 从EAST装置开始设计和研发CICC导体,总共经历了三个阶段:1)EAST装置建设时期,初次在托卡马克装置中大规模使用CICC导体,尚无法独立开展导体研制及制备,关键部件原材料依靠外部引进;2)ITER时期,承担导体采购包中国100%制造任务,占ITER装置导体总制造任务的50%。
完成了除导体设计外,从CICC导体制备核心原材料、部件到集成工艺的全部国产化,并消化吸收了先进的生产管理经验。
3)在国家“十三五”重大科技基础设施“聚变堆主机关键系统综合研究设施(CRAFT)”项目支持及紧凑燃烧等离子体装置(BEST)需求牵引下,等离子所完全具备了高性能CICC导体的自主设计及制备工艺研发能力,并推进了导体核心原材料及部件,如高性能超导材料,先进结构材料,先进超导电缆的研发工作;完成了国际首根100 kA及高电流密度Nb3Sn CICC研发,国际首根全尺寸聚变用高温超导CICC原型导体研制。
目前在聚变堆用CICC导体研发方面已处于国际领先水平。
国际合作方面,中国科学院等离子体物理研究所在CICC导体研究方面与国际上主要相关研究机构、高校在导体设计、超导材料及结构材料性能测试,导体性能测试与评估等方面都建立了广泛深入合作。
并参与了欧盟聚变示范堆项目CICC导体的设计研发工作。
综上所述,中国科学院等离子体物理研究所经多年发展,在CICC导体设计分析、研发制造、性能测试方面都具有丰富的理论基础和工程实践经验,部分技术在国际处于领先地位,已起草编制多项CICC导体设计相关多项专利及行业标准,为本项目实施提供了良好的研究基础及条件。
本文件描述了低温超导管内电缆导体(CICC)设计和性能验证方法。 本文件适用于高场强、大孔径超导磁体,涵盖基于NbTi、Nb3Sn、Nb3Al、MgB2超导材料圆形截面、方形截面、矩形截面的低温超导管内电缆导体设计。 主要内容包括: 1.范围 2.规范性引用文件 3.术语和定义 4.通用要求 5.技术参数 6.设计流程 7.性能测试
国家重大科技基础设施建设项目:十三五聚变堆主机关键系统综合研究设施