基于未来聚变堆大电流超导接头关键科学问题研究

近年来，随着核聚变事业的长足发展，聚变装置的超导接头作为聚变工程中的关键技术之一，其科学问题研究取得了长足进步。但由于聚变装置不同，涉及的研究问题侧重点不同，尚未形成基于未来聚变堆建设为背景的研究体系。随着国家EAST项目的建成和成功放电及国际ITER项目的顺利推进，如何降低超导接头的交流损耗，提高接头对于磁体系统的热稳定性；如何针对未来聚变堆复杂的电磁环境与高运行参数，形成更为完善合理的超导接头分析理论与工程设计方法，将成为未来聚变堆极为重要的科学研究课题。本项目旨在以大电流运行下的超导接头为研究背景，研究超导接头运行中交流损耗和失超情况，对受到电磁力和热应力的接头电性能退化及机械性能变化进行理论分析和模拟，形成针对超导接头力学、传热学与电学系统的研究方法与测试手段，从根本上解决现有超导托卡马克聚变装置和未来聚变堆的超导接头相关系列科学问题。

随着磁约束聚变技术不断发展，其超导磁体载流能力和运行磁场越来越高，超导接头是超导磁体最为重要的部件之一。由于磁体装置类型不同，导体参数不同，目前对于超导接头的研究工作尚不系统。我国EAST装置超导磁体中有众多超导接头，从近10年的运行状态来看，接头各项参数并不稳定，尤其是接头电阻有着较大的离散性，且随着运行时间增长有一定退化趋势。本项目针对大型超导磁体及馈线系统中CICC超导接头，从超导接头的理论研究入手，研究超导接头运行过程中交流损耗、失超情况，形成针对超导接头技术系统的工程研究方法。建立稳定可靠的超导接头测试平台，通过实验验证理论设计并积累实验数据。.按照研究内容，本项目已经完成了：1. CICC超导接头交流损耗与稳定性理论分析，针对ITER馈线系统68kA超导导体的结构，对超导接头磁滞损耗和耦合损耗进行了深入理论研究，目前理论模型和Sultan测试结果具有良好的一致性；2. 针对盒式接头结构对接头焊接工艺进行了深入的实验模拟，实现了焊时超导电缆表面温度低于250℃，对多焊料低温电阻性能进行了测试；3. 开展了10kA和68kA级超导接头的研制工作，并搭建了大电流接头低温测试平台，对接头进行了低温条件下的性能测试，目前研制的盒式超导接头电阻小于0.2nΩ，压降低于15mbar，分流温度超过8K；4. 借助于Sultan测试装置对10kA超导接头进行了2.5T背景场下的交流损耗测试工作。.目前ITER超导磁体馈线系统、GA ITER CSM超导馈线系统中的接头均采用我所研制的大电流接头作为CICC中断连接结构。