目 錄
前 言
第1章 超導(dǎo)電力技術(shù)簡(jiǎn)介 1
1.1 引言 1
1.2 超導(dǎo)電力技術(shù) 2
1.3 超導(dǎo)電力裝置 4
1.4 超導(dǎo)磁體技術(shù) 6
1.4.1 超導(dǎo)磁體在科學(xué)工程上的應(yīng)用 6
1.4.2 超導(dǎo)磁體在科學(xué)儀器上的應(yīng)用 7
1.4.3 超導(dǎo)磁體在電磁感應(yīng)加熱方面的應(yīng)用 8
參考文獻(xiàn) 8
第2章 超導(dǎo)電性基礎(chǔ) 10
2.1 超導(dǎo)體的基本特性 10
2.1.1 零電阻效應(yīng) 10
2.1.2 完全抗磁性——邁斯納效應(yīng) 15
2.1.3 約瑟夫森效應(yīng) 18
2.1.4 超導(dǎo)體的臨界參量 20
2.2 超導(dǎo)體的分類(lèi)及其磁化曲線 23
2.2.1 超導(dǎo)體的相干長(zhǎng)度 23
2.2.2 超導(dǎo)體的分類(lèi) 23
2.2.3 第I類(lèi)超導(dǎo)體及其磁化曲線 24
2.2.4 第E類(lèi)超導(dǎo)體及其磁化曲線 24
2.3 超導(dǎo)體的臨界特性參數(shù)的測(cè)量 29
2.3.1 低溫實(shí)驗(yàn)常用的低溫溫度計(jì) 29
2.3.2 超導(dǎo)體的臨界溫度的測(cè)量 30
2.3.3 超導(dǎo)體臨界電流I 的測(cè)量 34
2.3.4 臨界磁場(chǎng)的測(cè)量 40
參考文獻(xiàn) 43
第3章 超導(dǎo)體的機(jī)械特性和各向異性特性 45
3.1 超導(dǎo)材料的機(jī)械特性 45
3.1.1 機(jī)械特性的一般描述 u
3.1.2 拉伸特性 46
3.1.3 彎曲特性 47
3.2 超導(dǎo)材料的電磁各向異性 48
3.2.1 高溫超導(dǎo)材料臨界電流的各向異性 49
3.2.2 高溫超導(dǎo)材料"值的各向異性 53
3.3 低溫超導(dǎo)材料的臨界電流特性 54
3.3.1 NbTi超導(dǎo)材料的臨界電流隨磁場(chǎng)的變化 54
3.3.2 臨界電流隨歸一化磁場(chǎng)和歸一化溫度變化的模型 55
3.3.3 Nb，Sn臨界電流隨磁場(chǎng)變化的模型 55
3.4 超導(dǎo)材料的不可逆場(chǎng) 56
3.5 幾種高溫超導(dǎo)材料臨界電流密度與溫度的關(guān)系 57
3.6 常用超導(dǎo)材料的熱力學(xué)特性 58
3.6.1 常用超導(dǎo)材料的熱學(xué)特性 58
3.6.2 常用超導(dǎo)材料的熱收縮特性 61
參考文獻(xiàn) 64
第4章 超導(dǎo)體的穩(wěn)定性 66
4.1 超導(dǎo)體的臨界態(tài) 66
4.2 超導(dǎo)體的絕熱穩(wěn)定化 67
4.3 磁通跳躍的絕熱穩(wěn)定性 69
4.4 超導(dǎo)體的自場(chǎng)穩(wěn)定性 73
4.5 超導(dǎo)體的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性 75
4.5.1 板狀復(fù)合導(dǎo)體寬邊冷卻穩(wěn)定性 77
4.5.2 板狀復(fù)合導(dǎo)體側(cè)邊冷卻穩(wěn)定性 79
4.5.3 載流板狀復(fù)合超導(dǎo)體的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性 81
4.5.4 載流圓截面復(fù)合超導(dǎo)體的自場(chǎng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性 83
4.6 超導(dǎo)體的低溫穩(wěn)定性 87
4.6.1 Stekly參數(shù) 87
4.6.2 一維正常傳播區(qū) 91
4.6.3 三維最小傳播區(qū)和最小失超能 92
4.7 絕熱復(fù)合超導(dǎo)體中正常區(qū)傳播速度 95
4.7.1 縱向傳播速度 95
4.7.2 橫向傳播速度 96
4.8 超導(dǎo)磁體的機(jī)械穩(wěn)定性 98
4.9 超導(dǎo)磁體的退化和鍛煉效應(yīng) 99
4.9.1 超導(dǎo)磁體的退化 99
4.9.2 超導(dǎo)磁體的鍛煉效應(yīng) 100
4.10 超導(dǎo)磁體的失超和保護(hù) 101
4.10.1 失超過(guò)程中電阻的增長(zhǎng)和電流的衰減 101
4.10.2 引起超導(dǎo)磁體失超的原因 107
4.10.3 主動(dòng)保護(hù) 109
4.10.4 被動(dòng)保護(hù) 112
4.10.5 超導(dǎo)磁體失超的數(shù)值模擬 118
4.11 超導(dǎo)體穩(wěn)定性試驗(yàn) 118
4.11.1 磁通跳躍試驗(yàn) 119
4.11.2 超導(dǎo)體失超參數(shù)測(cè)量技術(shù) 120
參考文獻(xiàn) 122
第5章 超導(dǎo)體的交流損耗 124
5.1 板狀超導(dǎo)體的交流損耗 124
5.1.1 平行交變磁場(chǎng)下的超導(dǎo)板的交流損耗 124
5.1.2 垂宜交變磁場(chǎng)下的超導(dǎo)板的交流損耗 127
5.1.3 超導(dǎo)薄板的自場(chǎng)損耗 127
5.1.4 處于交直流磁場(chǎng)中并載有交直流電流的超導(dǎo)薄板的交流損耗 128
5.1.5 載有交直流電流的超導(dǎo)薄板的交流損耗 129
5.1.6 載有交流電流并處于垂直交變磁場(chǎng)中的超導(dǎo)薄板的交流損耗 130
5.1.7 處于垂直交直流磁場(chǎng)中的超導(dǎo)薄板的交流損耗 132
5.1.8 處于垂直和平行交直流磁場(chǎng)中并載有交直流電流的超導(dǎo)薄板的磁通流動(dòng)損耗 133
5.1.9 處于任何方向交變磁場(chǎng)和交變電流的超導(dǎo)薄板的總交流損耗 136
5.2 圓形截面超導(dǎo)體的交流損耗 137
5.2.1 縱向交變磁場(chǎng)下的圓形截面超導(dǎo)體的交流損耗 137
5.2.2 橫向交變磁場(chǎng)下的圓形截面超導(dǎo)體的交流損耗 138
5.2.3 橫向交變磁場(chǎng)中有傳輸直流電流的圓形截面超導(dǎo)體的交流損耗 140
5.2.4 圓形截面超導(dǎo)體的自場(chǎng)交流損耗 141
5.2.5 橫向交變磁場(chǎng)中傳輸交流電流并處于同位相橫向交流磁場(chǎng)中的圓形截面超導(dǎo)體的交流損耗 143
5.2.6 處于交變磁場(chǎng)和載有交直流的圓形截面超導(dǎo)體的磁通流動(dòng)損耗 144
5.3 橫向交變磁場(chǎng)中圓形截面柱狀混雜超導(dǎo)體的交流損耗 145
5.4 縱向交變場(chǎng)下圓筒超導(dǎo)體的交流損耗 146
5.5 大旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中的交流損耗 147
5.6 交變磁場(chǎng)和交變電流不同相位時(shí)的交流損耗 148
5.6.1 載流超導(dǎo)薄板在不同相位的平行交變磁場(chǎng)中的交流損耗 148
5.6.2 載流超導(dǎo)薄板一側(cè)具有不同相位的平行交變磁場(chǎng)中的交流損耗 149
5.6.3 載流超導(dǎo)薄板兩側(cè)對(duì)稱處于不同相位的平行交變磁場(chǎng)中的交流損耗 151
5.7 其他波形磁場(chǎng)時(shí)超導(dǎo)薄板的交流損耗 153
5.8 其他臨界態(tài)模型的交流損耗 155
5.8.1 Kim模型 155
5.8.2 電壓電流幕指數(shù)定律模型非線性導(dǎo)體模型 156
5.8.3 Kim-Anderson臨界態(tài)模型的交流損耗 158
5.8.4 同時(shí)考慮阻m-Anderson臨界態(tài)模型和電壓電流幕指數(shù)模型的交流損耗 158
5.9 其他形式的交流損耗 159
5.9.1 禍流損耗 159
5.9.2 橫向交變磁場(chǎng)中復(fù)舍多絲超導(dǎo)體的穿透損耗 161
5.9.3 扭矩的確定 162
5.9.4 縱向交變磁場(chǎng)中的復(fù)合導(dǎo)體交流損耗 163
5.9.5 藕合損耗 165
5.9.6 其他波形交變場(chǎng)的渦流損耗 168
5.10 交流損耗測(cè)量 170
5.10.1 磁測(cè)法 170
5.10.2 電測(cè)法 172
5.10.3 熱測(cè)法 175
5.10.4 電測(cè)法和熱測(cè)法的比較 178
5.11 超導(dǎo)電力裝置交流損耗簡(jiǎn)介 179
5.11.1 超導(dǎo)材料價(jià)格及年成本 179
5.11.2 制冷機(jī)效率 179
5.11.3 超導(dǎo)電力裝置的磁場(chǎng)和交流損耗 180
參考文獻(xiàn) 182
第6章 實(shí)用超導(dǎo)材料制備工藝簡(jiǎn)介 184
6.1 NbTi超導(dǎo)線的制備 186
6.2 Nb，Sn超導(dǎo)線的制備 188
6.2.1 內(nèi)擴(kuò)散法 188
6.2.2 外擴(kuò)散法 189
6.3 Nb，Al超導(dǎo)線材的制備 190
6.4 Mgβ，線材的制備 191
6.5 第一代高溫超導(dǎo)帶材的制備 193
6.6 第二代高溫超導(dǎo)帶材YBCO涂層導(dǎo)體 196
6.6.1 基板及織構(gòu)化隔離層 197
6.6.2 高臨界電流密度超導(dǎo)層的沉積 198
參考文獻(xiàn) 199
第7章 高溫超導(dǎo)帶材臨界電流和n值的非接觸測(cè)量原理和技術(shù) 202
7.1 臨界電流和n值簡(jiǎn)介 202
7.2 高溫超導(dǎo)帶材臨界電流的非接觸測(cè)量技術(shù) 203
7.2.1 剩余磁場(chǎng)法 203
7.2.2 交流磁場(chǎng)感應(yīng)法 204
7.2.3 力學(xué)方法 206
7.3 高溫超導(dǎo)帶材n值的非接觸測(cè)量技術(shù) 208
7.3.1 磁滯損耗分量法——變幅值法 208
7.3.2 基波分量法變頻法 209
7.3.3 三次諧波分量法 210
7.4 實(shí)用長(zhǎng)度高溫超導(dǎo)帶材臨界電流和n值均勻性的分析 211
7.4.1 高斯分布統(tǒng)計(jì)法 211
7.4.2 Weibull統(tǒng)計(jì)分布 212
7.5 下一步臨界電流和n值的非接觸測(cè)量技術(shù) 213
參考文獻(xiàn) 213
第8章 低溫絕緣材料及其電性能 216
8.1 超導(dǎo)電力裝置對(duì)低溫絕緣材料的要求 216
8.2 低溫氣體的絕緣特性 216
8.2.1 常用低溫氣體的絕緣特性 216
8.2.2 其他氣體的絕緣特性 220
8.3 低溫介質(zhì)的絕緣特性 220
8.3.1 低溫介質(zhì)的性能比較 220
8.3.2 低溫介質(zhì)的電性能 221
8.4 有機(jī)絕緣薄膜材料的絕緣特性 229
8.4.1 薄膜材料的熱力學(xué)性能 229
8.4.2 薄膜材料的電阻率.232
8.4.3 薄膜材料的介電常數(shù) 232
8.4.4 介質(zhì)損耗 234
8.4.5 擊穿電壓 236
8.4.6 電老化特性 238
8.5 低溫絕緣漆和低溫教舍劑 240
8.6 低溫絕緣結(jié)構(gòu)材料 242
8.7 無(wú)機(jī)絕緣材料 244
8.7.1 玻璃的熱力學(xué)性能 244
8.7.2 陶瓷的電特性 245
8.7.3 云母玻璃的熱力學(xué)和電學(xué)特性 246
參考文獻(xiàn) 248
第9章 低溫容器與低溫制冷 249
9.1 低溫冷卻介質(zhì) 249
9.2 低溫容器 251
9.2.1 低溫絕熱基礎(chǔ) 252
9.2.2 低溫絕熱的基本類(lèi)型和結(jié)構(gòu) 261
9.2.3 低溫容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 272
9.2.4 低溫介質(zhì)輸液管及低溫管道 275
9.2.5 極低溫容器雙社瓦結(jié)構(gòu)容器 277
9.3 低溫制冷 278
9.3.1 低溫制冷原理和制冷機(jī) 278
9.3.2 適合于超導(dǎo)電力裝置的制冷機(jī)的選擇 284
9.4 超導(dǎo)電力裝置的冷卻技術(shù) 285
9.4.1 開(kāi)式浸泡式冷卻 285
9.4.2 閉式減壓浸泡式冷卻 286
9.4.3 閉式浸泡式冷卻 286
9.4.4 迫流循環(huán)冷卻 287
9.4.5 制冷機(jī)直接冷卻 288
參考文獻(xiàn) 289
第10章 超導(dǎo)電力裝置供電技術(shù) 291
10.1 電流引線的設(shè)計(jì) 291
10.1.1 傳導(dǎo)冷卻電流引線 292
10.1.2 傳導(dǎo)冷卻電流引線近似設(shè)計(jì) 295
10.1.3 可插撥(拆卸)電流引線 300
10.1.4 氣冷電流引線 300
10.1.5 高溫超導(dǎo)電流引線 303
10.1.6 瑞爾帖熱電效應(yīng) 305
10.1.7 瑞爾帖氣冷電流引線 308
10.2 超導(dǎo)開(kāi)關(guān) 313
10.2.1 低溫超導(dǎo)開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì) 314
10.2.2 高溫超導(dǎo)開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì) 314
10.2.3 超導(dǎo)開(kāi)關(guān)的制造 315
10.3 超導(dǎo)磁通泵 317
10.3.1 超導(dǎo)磁通泵的工作原理 317
10.3.2 變壓器型超導(dǎo)磁通泵 318
10.3.3 超導(dǎo)永磁體磁通泵 319
參考文獻(xiàn) 321
附錄 323
A1 復(fù)合導(dǎo)體熱容、熱導(dǎo)率和電阻率的計(jì)算 323
A2 常用金屬、合金及絕緣材料的物理性能特性參數(shù) 324
A2.1 一些合金材料的熱導(dǎo)率k[單位，W/(m·K)] 324
A2.2 幾種聚合物材料的熱導(dǎo)率是[單位，W/(m·K)] 325
A2.3 幾種陶瓷和玻璃的熱導(dǎo)率瓦單位，W/(m·K)] 325
A2.4 一些材料低溫下的熱導(dǎo)積分*k(T)dT 326
A2.5 一些材料低溫下的比定容熱容cv[單位，J/(kg·K)] 327
A2.6 不銹鋼管導(dǎo)熱量 328
A2.7 焊料的熱力學(xué)特性 328
A2.8 幾種元素的電熱學(xué)特性 329
A2.9 金屬材料的熱收縮率 331
A2.10 舍金材料的熱收縮率 331
A2.11 聚合物材料的熱收縮率 332
A2.12 復(fù)合絕緣材料的熱收縮率 333
A2.13 陶瓷和非金屬材料的熱收縮率 333
A2.14 奧氏不銹鋼材料的熱力學(xué)特性 334
A2.15 Nickel鎳材料的熱力學(xué)特性 334
A2.16 鋁合金材料的熱力學(xué)特性 335
A2.17 幾種合金及聚合物的力學(xué)特性 336
A2.18 常用骨架材料的熱收縮 336
A2.19 四幾種常用金屬結(jié)構(gòu)材料的熱導(dǎo)率及電阻率 338
A2.20 焊料的電阻率 338
A2.21 幾種焊料的超導(dǎo)特性 339
A2.22 幾種金屬材料與銅在室溫下的電阻率的比較 339
A2.23 幾種材料的剩余電阻率 339
A2.24 幾種純金屬材料的理想電阻率 340
A2.25 幾種合金材料的理想電阻率 340
A3 貝賽爾函數(shù) 341
A4 實(shí)用高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體(YBCO CC)的渦流損耗 341
A5 非金屬及不銹鋼低溫容器的性能 343
A5.1 幾種非金屬材料的氣體滲透特性 343
A5.2 JB/T 5905-92規(guī)定的真空多層絕熱液氮和液氧低溫容器的基本參數(shù) 344
A5.3 幾種小型不銹鋼低溫容器的技術(shù)性能 344
A5.4 幾種非金屬低溫杜瓦容器的性能 345