部分絕緣HTS線圈制造技術

一種高溫超導HTS勵磁線圈。該高溫超導HTS勵磁線圈具有多個線匝和一半導體，該半導體被布置從而能夠經由半導體在線匝之間共享電流。布置從而能夠經由半導體在線匝之間共享電流。布置從而能夠經由半導體在線匝之間共享電流。

【技術實現步驟摘要】
部分絕緣HTS線圈
[0001]本申請是申請日為2019年01月31日、進入中國國家階段日為2020年07月31日、申請號為201980011273.7(“部分絕緣HTS線圈”)的中國專利申請的分案申請。
[0002]優先權聲明
[0003]本國際申請要求于2018年02月01日提交的英國專利申請No.1801621.2、于2018年07月25日提交的英國專利申請No.1812119.4和于2018年11月19日提交的英國專利申請No.1818817.7的優先權，其全部內容通過引用的方式整體并入本文。


[0004]本專利技術涉及HTS磁體。

技術介紹

[0005]產生聚變功率的挑戰非常復雜。除了托卡馬克之外，已經提出了許多備選設備，但是沒有一種能產生與目前運行的最佳托卡馬克(例如，JET)類似的任何結果。
[0006]在作為有史以來最大和最昂貴(約150億歐元)的托卡馬克的ITER的建造開始之后，世界性的聚變研究已經進入了新階段。通往商業性的聚變反應堆的成功途徑要求長脈沖、穩定的運行以及使電力生產經濟所需的高效率。這三個條件很難同時實現，所計劃的日程將需要對ITER和其他聚變設施進行許多年的實驗研究以及理論和技術研究。普遍預計的是通過這種途徑開發的商業性的聚變反應堆將不會在2050年之前建成。
[0007]為了獲得經濟的功率生成所需要的聚變反應(即，功率輸出遠多于功率輸入)，傳統的托卡馬克必須十分巨大(例如，ITER)，使得能量約束時間(其大致與等離子體體積成比例)可以足夠大，以致于等離子體可以熱到足以產生熱聚變。
[0008]WO2013/030554描述了備選方法，其涉及用作中子源或能量源的緊湊的球狀托卡馬克的使用。球狀托卡馬克中的低環徑比高寬比等離子體形狀改善了粒子約束時間且允許在遠遠更小的機器中的凈功率生成。然而，小直徑的中心柱卻是必需品，這對等離子體約束磁體的設計提出了挑戰。高溫超導體(HTS)勵磁線圈是用于此類磁體的有前途的技術。
[0009]HTS磁體的另一個潛在用途是在質子束治療設備中。質子束療法(PBT，也被稱為質子治療)是一種用于癌癥(以及對放射治療有反應的其他狀況)的治療的粒子療法。在PBT中，質子束被指向治療部位(例如，腫瘤)。
[0010]另一種類似的療法是質子硼捕獲療法(PBCT)，其中，將硼
?
11引入目標部位，并且使用質子束引發p+
11
B
→
3α反應。可以使用相同的裝置提供用于PBT或PBCT的質子束。
[0011]用于PBT和PBCT的質子束由諸如回旋加速器或線性加速器之類的粒子加速器生成。通常被用于PBT和PBCT的加速器通常會產生能量在60MeV到250MeV范圍內的質子，而目前運行的最強大的設施具有400MeV的最大能量。
[0012]從廣義上講，PBT設備存在允許束角度的改變的兩種設計。在第一種設計中，如圖7所示，加速器3001被安裝在機架3002上，其允許加速器3001圍繞患者3003(通常繞水平軸)旋轉。患者被放置在可移動的床3004上，其提供了另外的自由度(例如，平移運動和繞豎直
軸的旋轉)。
[0013]在圖8中示出第二種設計。加速器4001是靜止的，并且束經由控制磁體4002(通常包括四極磁體和偶極磁體)被指向患者，控制磁體4002中的至少一些控制磁體位于機架4003上，使得束可以圍繞患者4004(例如，圍繞水平軸)旋轉。患者被放置在可移動的床4005上。
[0014]任一設計均要求機架保持能夠操縱可能高達400MeV的束能量的質子的電磁體。這需要非常高的磁場，因此使用HTS磁體可以大大減少電磁體和移動它們所需的機架的質量和尺寸。HTS磁體可以被用在加速器、控制(steering)磁體的四極磁體或控制磁體的偶極磁體之中。
[0015]超導材料通常被劃分為“高溫超導體”(HTS)和“低溫超導體”(LTS)。LTS材料例如Nb和NbTi是可以通過BCS理論描述其超導性的金屬或金屬合金。所有低溫超導體都具有低于約30K的臨界溫度(即使在零磁場中，高于該溫度，材料也不可以是超導的)。BCS理論并未描述HTS材料的性能，并且此類材料可能具有高于約30K的臨界溫度(但是應注意的是，成分和超導操作的實際差異而不是臨界溫度定義了HTS材料和LTS材料)。最常用的HTS是“銅酸鹽超導體”——基于銅酸鹽(含有氧化銅基團的化合物)的陶瓷，例如，BSCCO或ReBCO(其中Re是稀土元素，通常為Y或Gd)。其他HTS材料包括鐵磷屬元素化物(例如，FeAs和FeSe)和二硼化鎂(MgB2)。
[0016]ReBCO通常被制造為帶狀物，具有如圖1所示的結構。這種帶狀物100通常約為100微米厚，并且包括襯底101(通常是約為50微米厚的經電拋光的哈斯特合金)，通過IBAD、磁控濺射或另一種合適的技術在其上沉積約為0.2微米厚的被稱為緩沖堆疊102的一系列的緩沖層。(通過MOCVD或另一種合適的技術沉積的)外延ReBCO
?
HTS層103覆蓋緩沖堆疊，并且通常為1微米厚。通過濺射或另一種合適的技術將1
?
2微米的銀層104沉積在HTS層上，并且通過電鍍覆或另一種合適的技術將銅穩定劑層105沉積在帶狀物上，銅穩定劑層105通常完全封裝所述帶狀物。
[0017]襯底101提供了機械主干，該機械主干可以通過生產線進行輸送并且允許后續層的生長。需要緩沖堆疊102來提供在其上生長HTS層的雙軸帶紋理的晶體模板，并且防止損壞其超導特性的元素從襯底到HTS的化學擴散。需要銀層104來提供從ReBCO到穩定劑層的低電阻界面，并且在ReBCO的任何部分停止超導(進入“正常”狀態)的情況下，穩定劑層105提供備選的電流路徑。
[0018]另外，可以制造“片狀剝離的”HTS帶狀物，其缺少襯底和緩沖堆疊，而是在HTS層的兩個面上都具有銀層。具有襯底的帶狀物將被稱為“帶襯底的”HTS帶狀物。
[0019]HTS帶狀物可以被布置在HTS電纜中。HTS電纜包括一個或多個HTS帶狀物，它們沿著其長度經由導電材料(通常是銅)進行連接。HTS帶狀物可以進行堆疊(即，被布置為使得HTS層是平行的)，或者它們可以具有一些其他的帶狀物的布置方式，這些布置方式可以沿電纜的長度變化。值得注意的HTS電纜的具體情況是單個HTS帶狀物和HTS對。HTS對包括一對HTS帶狀物，其被布置為使得HTS層是平行的。在使用帶襯底的帶狀物的情況下，HTS對可以是類型0(其中HTS層彼此面對)、類型1(其中一個帶的HTS層面對另一個帶的襯底)或類型2(其中襯底彼此面對)。包括多于2個帶狀物的電纜可以將帶狀物中的一些或全部按照HTS對進行布置。經堆疊的HTS帶可以包括HTS對的各種布置方式，最常見的是類型1的對的堆疊
或類型0的對的堆疊和(或等效地，類型2的對)。HTS電纜可以包括帶襯底的帶狀物和片狀剝離的帶狀物的混合。
[0020]在該文件中本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種高溫超導HTS勵磁線圈，具有包括HTS材料的多個線匝和一半導體，所述半導體被布置從而能夠經由所述半導體在線匝之間共享電流。2.根據權利要求1所述的HTS勵磁線圈，其中，所述HTS勵磁線圈具有大于50cm的半徑。3.根據權利要求1所述的HTS勵磁線圈，其中，所述半導體是鍺。4.根據權利要求1所述的HTS勵磁線圈，其中，每個線匝包括多個HTS帶，并且其中，每個線匝中HTS帶之間的電阻小于線匝之間的電阻。5.根據權利要求1所述的HTS勵磁線圈，其中，所述半導體設置為所述線匝之間的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：羅伯特，
申請(專利權)人：托卡馬克能量有限公司，
類型：發明
國別省市：