新型聚变堆用超导材料Nb3Al的研究现状.pdf

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1、低温与超导超导技术Cryo．&SupercondVo1．39No．6第39卷第6期新型聚变堆用超导材料Nb3Al的研究现状吴欢，毕延芳，吴维越，宋云涛，邓胜涛，李建峰。，刘向宏，冯勇，张平祥，周廉(1．中国科学院等离子体物理研究所，合肥230031；2．西部超导材料科技有限公司，西安710018)摘要：未来聚变堆中等离子体能量密度的提高对超导磁体中导体在高场下的载流能力和抗应变能力提出了更高的要求。和已大规模应用的Nbsn相比，A15型金属间化合物Nh，Al超导材料在高场下的本征临界电流密度更高，且具有更优异的抗应变能力。经过近三十年的持续研究，Nb，Al的性能得到大

2、幅提高，已成为新型聚变堆用极具潜力的超导材料，目前其股线和导体的性能以及制造工艺仍有待进一步的提高和优化。文中将介绍这一新型聚变堆用超导材料的制备和应用研究现状，以及它带给人们的挑战和机遇，并展望了我国对NbAI研究和开发的前景。关键词：聚变堆；超导材料；NbAI；制备；应用ResearchonsuperconductingmaterialNb3AIforapplicationinfuturethermonuclearreactorsWuHuan‘BiYanfang，WuWeiyue。SongYuntao，DengShengtao，LiJianfeng2，，，LiuX

3、ianghong，FengYong，ZhangPingxiang，ZhouLian(1．InstituteofPlasmaPhysics，ChineseAcademyofSciences，Hefei230031，China；2．WesternSuperconductingTeehndogiesCo．，Ltd．，Xian710018，China)Abstract：Featuringoutstandingintrinsiccurrent—carryingcapabilityinhighmagneticfieldandresistancetostrain，A15一typei

4、ntermetalliecompoundsuperconductorNb3A1hasattractedmuchattentionsince1970s．Afternearly30yearscontinuousel-fortstoexploreitspotential，itsperformancehasbeenimprovedtremendously，makingitpromisingtobeusedinfuturethermonu-clearfusionreactorswhichmakearigorousdemandforthesuperconductingmateri

5、als．Thispaperreviewedtheresearchonmanu-faetureofNb3AIanditsapplicationinfusionengineering，andexplainedthechallengesandopportunitiesfacingthesupercondue-tivitycommunity．ThepaperwasendedwiththeprospectofresearchanddevelopmentofNb3A1inChina．Keywords：Thermonuclearfusionreactors，Superconduct

6、ingmaterials，Nb3A1，Manufacture，Application1引言要求导体在更高的磁场下具有更大的运行电流密度；同时导体还将承受高磁场和大电流带来的约热核聚变反应堆中等离子体的能量密度正比160ton／m的电磁力，这是ITER环向场线圈导体于环向场磁场强度的四次方，增大环向场的磁场所承受的电磁力大小的两倍；再加上，如果采用强度是得到高能量密度的重要途径。目前ITER先绕制后反应工艺制作磁体线圈，在导体热处理(InternationalThermonuclearExperimentalReactor，温度和工作温度之间的温差下，导体材料和导管国际

7、热核聚变实验堆)中设计的环向场超导磁体或结构材料之间不同的热胀系数将导致导体材料线圈所通电流为68kA，经受的最大磁场强度为的热应变，因此超导材料在高场下的载流能力和11．8T，用Nbs力超导材料以先绕制后反应的方抗应变能力面临严峻的挑战。式制造。继ITER之后的示范堆预计将达到约目前已大规模商业化应用的超导材料主要是2Gw的聚变功率，环向场线圈的最大磁场强历经了三十多年开发的NbTi和NbSn，它们的性度约为16T，需要承载100kA的工作电流。这就能随着超导技术的发展得到逐步的提高。其中延收稿日期：2011—03—29作者简介：吴欢(1975一)