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中科院强磁场科学中心制成耐寒“金属花”
发布:lee_9124   时间:2017/4/28 10:22:24   阅读:314 
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管内电缆导体截面图

它是一朵“金属花”,是中科院强磁场科学中心研究人员经过一道道工序精心培育出的“新品”。这个花有个特别嗜好,就是只有在极冷的情况下才愿意“绽放”。而这种极冷必须要达到零下几百摄氏度,大约比月球夜晚温度还要冷两倍,比地球记录的最低温度还要冷3.5倍。

其实,“金属花”是由铜线材和铌三锡线材绞制而成,最后这一朵朵花被挤挤挨挨地压制在一起并在外层穿上一件铠甲(穿管成型)成为一根管内电缆导体,中间保留大约30%~35%的空隙率。

“这朵花是用来研制超导磁体的,超导磁体产生强磁场,科研人员就可以利用强磁场来开展科学研究。”中科院强磁场科学中心左萍告诉记者,中科院强磁场科学中心研发的混合磁体外超导磁体由7个线圈组成,分别由线圈A、B、C和D串联组成。其中D由D1、D2、D3、D4叠加整体VPI(环氧浸渍)而得到,AB线圈整体VPI。因此最终是AB、C、D三个大线圈套在一起组成整个磁体线圈,全部线圈采用串联连接方式。超导磁体最终产生10T的背景磁场。

不过,想要这些“金属花”工作,必须有比较苛刻的工作环境,如临界磁场、临界电流密度、临界温度等。“比如,临界温度决定了这些花儿有个‘贪凉’嗜好,一定极低温环境下才达到超导工作状态。”左萍表示,中科院强磁场科学中心建设的10T超导磁体采用4.5K(零下268.65摄氏度)超临界氦进行冷却。工作时,超临界氦在5巴压力(不到五个大气压)下流过CICC中的空隙,使其达到工作低温环境,电流通过零电阻的超导股线而产生磁场。一旦失超,电流立即转移到铜材中流通。“可以看出线圈中的铜不仅起到机械定型作用,而且更重要的是起到失超保护的作用。”

为什么只需要5巴压力就能使超临界氦流过导体中狭窄的空隙呢?面对记者的提问,左萍表示,那是因为超临界氦的黏性很小,几乎可以不受阻力地流过空隙。

据介绍,此台磁体几乎在所有的时间里,温度一直保持在零下269摄氏度温区。因为一旦磁体处于室温,那么至少需要6周的时间才能冷却至运行低温状态。

也许,正是这些金属花能够耐得住如此极寒,才能为目前国际上最强稳态磁场贡献一份力量。


来源:科学网
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