稳态强磁场混合磁体的Nb3Sn CICC超导接头关键科学和技术问题研究

国家大科学工程强磁场项目混合磁体的外超导磁体拟采用管内电缆导体（CICC）方案，CICC超导接头就成为建设强磁场装置的关键技术之一。本项目将设计一种满足强磁场超导磁体工作需要，具有电阻小、交流损耗小、强度好、结构简单、工艺性好、易于安装等特点的Nb3Sn超导接头，着力妥善解决热处理后因Nb3Sn超导材料的脆性，对超导接头制作工艺中的缩径、焊接、安装以及接头性能等方面带来的影响；同时本项目还将建立一个超导接头性能分析模型，通过实验数据的有效修正，可以理论分析超导接头结构、尺寸、空隙率、材料、安装位置等因素对超导接头性能的影响。通过对Nb3Sn CICC导体超导接头的研制，可以为研制大尺寸超导磁体积累工程经验，同时提升我国在大型超高场超导磁体、低温、材料等相关领域的研发水平和技术。

国家大科学工程“稳态强磁场装置”混合磁体的外超导磁体采用了管内电缆导体（CICC）方案，CICC超导接头就成为建设强磁场装置的关键技术之一。本项目针对混合磁体的结构和工作模式，设计了两种新型结构的超导接头，通过对超导接头制作工艺的预研和不断改进，有效的解决了热处理对超导接头制作和装配的影响，同时适合现场安装。本项目还利用一根Nb3Sn超导导体制作了一个两匝跑道形回路线圈，其中包含了两个超导接头，通过在低温下的性能测试，其电阻仅为1nOhm量级，满足设计目标，并低于国际上同类迫流冷却的CICC导体接头电阻。同时，本项目还建立了理论分析模型，能够根据接头的组分材料、结构和位置，理论分析超导接头结构、尺寸、空隙率、材料、安装位置等因素对超导接头电阻性能的影响以及接头电阻对导体温升的影响。通过本项目的研究，该超导接头已成功应用于Nb3Sn试验磁体当中，其各项性能满足了稳态强磁场混合磁体外超导磁体的工作要求。