大型超导馈线系统关键技术与应用-中国科学院合肥物质科学研究院.DOC

科技进步奖 项目名称 大型超导馈线系统关键技术与应用 项目简介 大型超导馈线系统是核聚变能开发应用的关键核心部件之一，为核聚变装置进行超大电流输入和4.5K氦供冷，也可为未来核聚变堆、超导储能电站、电力系统、国防科技和尖端医疗提供强大的技术支持。项目组针对大型超导馈线系统中涉及到的特大电流高温超导电流引线、大电流CICC超导体接头、低温高压绝缘等关键技术，以参加ITER计划为契机，攻克了超导馈线系统中的关键技术，填补了多项国内工程应用的空白： 1）完成了各系列的性能优异的高温超导电流引线的开发，创造了最高85kA稳定运行65分钟，90kA运行4分钟的世界记录，填补了国内特大电流容量的高温超导电流引线的空白。2）首次在国内利用铜-钢爆炸焊接复合板材料成功完成双盒搭接形式的超导接头的研制，机械和电性能优异，实现了我国在低接头电阻大电流CICC超导体接头领域新的突破。3）发展了采用多层玻璃丝布与聚酰亚胺薄膜相间叠包的耐压30kV的高裕度绝缘方式，并首次在国内提出了预浸渍工艺辅助硅胶加压的绝缘制作方法，得到了强度更高，内部空隙率更低的优异的绝缘结构，大大提升了超导馈线系统的电绝缘性能。并首次在国内搭建了低温和Paschen条件下的大型测试平台，可实现绝缘样件的4K~80K低温测试功能以及低温条件下的疲劳拉伸实验，可有效的模拟超导部件低温运行工况。4）自主构建了具备900W@4.5K 氦供冷和80kA超大电流输入的ITER级规范的5K超导馈线出厂性能测试平台，可以对大型超导馈线系统中各类部件开展低温和超导电性能测试，并可应用于各类超导磁体的性能测试。 主要完成单位及创新推广贡献 主要完成单位 创新及推广贡献 中国科学院合肥物质科学研究院 承担了国家973课题，国家磁约束核聚变研究专项，ITER计划采购包等项目。针对本项目提供了4000多平方米的制造和测试厂房，建设了大型超导馈线系统制造和总装车间，以及低温和电性能测试中心，并提供了必要的仪器设备以支持项目的开展，在人、财、物方面进行了大力支持。该项目中绝大部分研究成果均在本单位完成，对上述第1、2、3、4创新点做出了重要贡献。 合肥聚能电物理高技术开发有限公司 攻克了68kA和52kA电流引线加工工艺，发展了不同超导材料以及超导材料与金属材料之间的真空钎焊关键技术；解决了电流引线换热器精密复杂结构件加工与装配技术；完成了大电流CICC超导体接头的制造工艺攻关。以超导馈线系统为基础，在中科院强磁场中心40T混合磁体的超导馈线制造，美国通用原子能公司超导馈线制造等项目上实现了技术推广。 合肥科烨电物理设备制造有限公司 攻克了10kA电流引线加工工艺，解决了电流引线精密复杂结构件加工与装配技术；完成了大电流CICC超导体的接头技术的制造技术攻关；完成了超导馈线系统中高强度低热载的真空隔断研制。以超导馈线系统为基础，在中科大KTX装置制造，美国通用原子能公司超导馈线制造等项目上实现了技术推广。 合肥科聚低温技术有限公司 负责了超导馈线性能测试平台建设，完成整个900W@4.5K 氦供冷系统的搭建，对项目过程中的各类部件开展低温和超导电性能测试。在技术推广上，成功完成了中科院强磁场中心和俄罗斯国家联合核子研究所共11对高温超导电流引线的性能测试。 推广应用情况 项目组于2011年11月开始ITER超导馈线采购包的生产。 截至目前为止，项目组已完成8个大型关键认证部件的制造和测试，正式提交ITER组织的认证报告已经获得批准。 项目组根据超导馈线制造技术的积累，实现了技术衍伸及广泛应用。为中科院强磁场科学中心完成了一对16kA高温超导电流引线的制造，已经通过强磁场的验收并交付；2013年为俄罗斯JINR研究所NICA加速器提供一对12kA高温超导电流引线，电流引线的热负荷、接头电阻、载流能力和LOFA时间等各项参数均达到俄方要求，尤其冷端接头电阻达到了1nΩ，过流运行能力超过23kA；2013-2014年为俄罗斯国家联合核子研究所制造6对12kA和12对6kA 高温超导电流引线，目前已经成功交付4对12kA，6对6kA高温超导电流引线，且所有的电流引线都通过机械性能和电性能测试；为美国通用原子能公司圣迭亚哥国家聚变实验室研制一整套超导馈线系统用于ITER CS Coil的低温、电性能测试，今年8月份将完成交付。同时为EAST大科学装置提供一对新的14kA高温超导电流引线和对超导馈线系统进行升级。 通过项目的实施，主要单位均获得了国内外广泛关注和认可，有力的推动了国内高温超导材料、低温高压绝缘、特种焊接、精密制造、大型实验装备等技术和产业的发展，提升了国内各参与单位的高新技术水平及国际竞争力，取得了良好的社会和经济效益。 主要完成人情况表 姓名 技术职称 工作单位 完成单位