应变下Nb3Sn基CICC温度分布变化模型

蒋华伟 武松涛 李国平 赵玉娟

（1.河南工业大学信息科学与工程学院 郑州 450001 2.中国科学院等离子体物理研究所 合肥 230031）

1 引言

在CIC（Cable in Conduit，CIC）和内冷超导导体（Internally Cooled Superconductor，ICS）概念基础上发展而成的管内电缆导体[1,2]（Cable-in-Conduit Conductor，CICC），因其具有超临界氦良好冷却、高电压绝缘、多级变位绞缆和低交流损耗等带来的优点，而成为中国大科学工程EAST（experimental advanced superconducting tokamak）、韩国的KSTAR （Korean superconducting tokamak advanced research）、日本的JT-60SA（Japan tokamak-60 super advanced）以及国际热核聚变反应堆ITER（international thermal-nuclear experimental reactor）上的CS（central solenoid）、TF（toroidal field）和PF（poloidal field）等的首选导体。

EAST（即中国东方超环）上 CICC 采用铌钛（NbTi）加分离铜技术[3]，而正在设计和研制中ITER 导体将运行在瞬变磁场和快速励磁等环境，会遭受10T 以上磁场的冲击，由于NbTi 临界性能的限制，使其不能完全满足这些要求，迫使ITER 上CS、TF 和部分PF 采用Nb3Sn 导体。但Nb3Sn 导体的热处理、洛伦兹力（Lorentz force）及低温运行带来的应变给工程设计造成极其不利的影响，从而导致CICC 稳定性降低，使应变成为影响CICC 稳定运行的一个重要因素；因此，需要开展应变下Nb3Sn基CICC的有关问题研究。

对于应变影响问题目前已开展了相关的探索性研究。如国外，对2002年到2006年间ITER 用 Nb3Sn 模型线圈性能退化情况开展了研究[4]，分析认为电动力带来的应变是导致CICC 临界性能下降的主要原因，并提出改善加工方法的设想。国内由武玉[5,6]、张平祥[7,8]以及王秋良[9,10]等团队围绕ITER 用CICC，对Nb3Sn 股线进行了大量实验分析研究，获得了应变对临界电流密度的恶化情况等，并提出了控制应变来改进Nb3Sn 临界性能的建议。

Breschi 用周期载荷模拟应变作用，对股线中超导丝间接触电阻进行了测量[11]，并用四点法实测和估算了各级子缆的超导股线横向电阻[12]。……