应用于低温高场的高密度强钉扎REBCO超导带材

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1 应用于低温高场的高密度强钉扎REBCO超导带材
Samri 超导磁体2016，上海

2 REBCO带材的应用温度和磁场 应用于低温高场的REBCO 带材 2.1 优化RE:Ba:Cu成分
1.1 REBCO的Birr(T) 1.2 为什么要研究低温磁场下的REBCO? 应用于低温高场的REBCO 带材 2.1 优化RE:Ba:Cu成分 2.2 Zr:REBCO优化掺杂浓度 2.3 异相共生长的MOCVD技术 3. REBCO超导带材高场磁体面对的挑战 3.1 接头 3.2 造价 3.3 单根长度

3 1. REBCO带材的应用温度和磁场 一些重要超导材料的Birr(T） 无液氦制冷
REBCO在很大的温度范围内Birr都很高，它有希望在20K-77K的全部温区用于中等磁场和强磁场电力装备。尤其是在LTS、 MgB2和BSCCO力所不及的温度-磁场区域，REBCO有巨大潜力。 这是研发REBCO带材的根据。 超强磁场 25T以上的超强磁场，NbTi、Nb3Sn等已难以实现； 只有REBCO和Bi2212可行。 HTS insert coil. 27T REBCO磁体已展示 25-100T应当属于REBCO B. Jensen et al.，J. Renewable & Sustainable Energy Vol. 5, (2013)

4 为什么要研究低温磁场下的REBCO? Hazelton 2013 77K的REBCO难以实现所要求的JE.
这是2009年2G-HTS线材的数据，掺杂REBCO的磁场特性有大的改进，但77K的JE仍不很高。 所以，

5 REBCO带材的应用温度和磁场 77K， 弱磁场， <1.5T； 30K - 65K， 中等磁场，1.5-7T；
制冷功耗与温度的关系 J. Gieras， 2009.

6 2. 应用于低温磁场的REBCO 带材 2.1 不同温度下的优化成分 30K 下的优化成分不同于77K下的优化成分。
IEEE Transactions on Applied Superconductivity, VOL.25, NO. 3, , 2015

7 与77K相比，低温 Jc 对RE:Ba:Cu成分偏离更敏感
Y Chen 2012 RE效应 77K Ic_min 随RE变化不大，若RE( ) 30-40K，3T， RE=1.2 显著强于其它成分 Cu效应 77K - 在很大范围内，Cu的变化不造成显著 低温 - Ic对成分的偏离更敏感

8 2.2 Zr掺杂REBCO优化掺杂浓度 对磁场B 需要的钉扎中心密度 n = B / Φ0 = B  484（T-1m-2）,
假设这n个钉扎中心都是半径为3nm的BZO柱，则掺杂浓度为BZO/YBCO = 0.033B。 实验数据显示 优化的Zr掺杂浓度： （77K，1T） （77K，3T） – 0.15

9 Zr:REBCO优化掺杂浓度 实验数据显示 优化的Zr掺杂浓度： （77K，1T） - 0.05

10 2.2 高浓度Zr掺杂中的问题 更强的磁场B需要密度更大的钉扎缺陷。但是更高的掺杂浓度未必能生成所要的有效钉扎中心。下图的结果：高浓度的Zr在REBCO没有形成纳米柱；水平方向发展的Zr化合物缺陷破坏了REBCO基质的晶体质量。

11 异相共生长的MOCVD条件得到高密度钉扎中心
BZO 与 REBCO 共生长

12 3. REBCO超导带材高场磁体面对的挑战 接头 闭环模式要求磁体总电阻<10-9Ω； 这要求每个接头电阻<10-11Ω
2. 造价 要与LTS可比 3. 单根长度 10km，均匀高Ic

13 3.1 REBCO带材连接 闭环模式要求磁体总电阻<10-9Ω；这要求每个接头电阻<10-11Ω 4cm长度接头，我们目前得到
正在研究的解决方案 新的接头方法； 增加单根长度；多环路磁体设计； 磁通泵。

14 3.2 REBCO超导带材造价 要求：与LTS竞争 LTS工艺成熟，主宰市场（2014年75亿美元中55亿美元是LTS MRI磁体）
2G-HTS制作技术在研发中 正在研究的REBCO方案： PLD CSD（MOD） RCE MOCVD 技术在发展，难说优劣。 C276等更贵 关键是成品率

15 REBCO长带制备 苏州新材料所的IBAD + MOCVD REBCO带材最基本的制备设备已初步建立
已展示的设备能力 1.3km长（12mm宽带） 过渡层顶层织构  5.5o MOCVD REBCO Ic  600A REBCO厚膜Ic>850A

16 REBCO长带制备 800m C276-65mm-12mm，EP样品8m，IBAD-RS样品26m，MOCVD样品4m，余762m。
Ic起伏源于镀银颗粒造成的缺陷。

17 有稳定层的成品带 短带Ic 220A/4mm； 100m 200A/4mm

18 REBCO带材制备及其在高场的应用， Samri 研发的路仍很长；我们正在走进世界前列。
这是一个具有不可取代之实用特性和无限可能之市场前景的产品， 其开发带给工业、科研和生活的变化将是革命性的。 这是一个有担当的民营创业公司， 正在担负着本应由国家鼎力支持的重任。 Samri