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第1章超导电力技术简介1

1.1引言1

1.2超导电力技术2

1.3超导电力装置4

1.4超导磁体技术6

1.4.1超导磁体在科学工程上的应用6

1.4.2超导磁体在科学仪器上的应用7

1.4.3超导磁体在电磁感应加热方面的应用8

参考文献8

第2章超导电性基础10

2.1超导体的基本特性10

2.1.1零电阻效应10

2.1.2完全抗磁性——迈斯纳效应15

2.1.3约瑟夫森效应18

2.1.4超导体的临界参量20

2.2超导体的分类及其磁化曲线23

2.2.1超导体的相干长度23

2.2.2超导体的分类23

2.2.3第Ⅰ类超导体及其磁化曲线24

2.2.4第Ⅱ类超导体及其磁化曲线24

2.3超导体的临界特性参数的测量29

2.3.1低温实验常用的低温温度计29

2.3.2超导体的临界温度的测量30

2.3.3超导体临界电流Ic的测量34

2.3.4临界磁场的测量40

参考文献43

第3章超导体的机械特性和各向异性特性45

3.1超导材料的机械特性45

3.1.1机械特性的一般描述45

3.1.2拉伸特性46

3.1.3弯曲特性47

3.2超导材料的电磁各向异性48

3.2.1高温超导材料临界电流的各向异性49

3.2.2高温超导材料n值的各向异性53

3.3低温超导材料的临界电流特性54

3.3.1NbTi超导材料的临界电流随磁场的变化54

3.3.2临界电流随归一化磁场和归一化温度变化的模型55

3.3.3Nb3Sn临界电流随磁场变化的模型55

3.4超导材料的不可逆场56

3.5几种高温超导材料临界电流密度与温度的关系57

3.6常用超导材料的热力学特性58

3.6.1常用超导材料的热学特性58

3.6.2常用超导材料的热收缩特性61

参考文献64

第4章超导体的稳定性66

4.1超导体的临界态66

4.2超导体的绝热稳定化67

4.3磁通跳跃的绝热稳定性69

4.4超导体的自场稳定性73

4.5超导体的动态稳定性75

4.5.1板状复合导体宽边冷却稳定性77

4.5.2板状复合导体侧边冷却稳定性79

4.5.3载流板状复合超导体的动态稳定性81

4.5.4载流圆截面复合超导体的自场动态稳定性83

4.6超导体的低温稳定性87

4.6.1Stekly参数87

4.6.2一维正常传播区91

4.6.3三维最小传播区和最小失超能92

4.7绝热复合超导体中正常区传播速度95

4.7.1纵向传播速度95

4.7.2横向传播速度96

4.8超导磁体的机械稳定性98

4.9超导磁体的退化和锻炼效应99

4.9.1超导磁体的退化99

4.9.2超导磁体的锻炼效应100

4.10超导磁体的失超和保护101

4.10.1失超过程中电阻的增长和电流的衰减101

4.10.2引起超导磁体失超的原因107

4.10.3主动保护109

4.10.4被动保护112

4.10.5超导磁体失超的数值模拟118

4.11超导体稳定性试验118

4.11.1磁通跳跃试验119

4.11.2超导体失超参数测量技术120

参考文献122

第5章超导体的交流损耗124

5.1板状超导体的交流损耗124

5.1.1平行交变磁场下的超导板的交流损耗124

5.1.2垂直交变磁场下的超导板的交流损耗127

5.1.3超导薄板的自场损耗127

5.1.4处于交直流磁场中并载有交直流电流的超导薄板的交流损耗128

5.1.5载有交直流电流的超导薄板的交流损耗129

5.1.6载有交流电流并处于垂直交变磁场中的超导薄板的交流损耗130

5.1.7处于垂直交直流磁场中的超导薄板的交流损耗132

5.1.8处于垂直和平行交直流磁场中并载有交直流电流的超导薄板的磁通流动损耗133

5.1.9处于任何方向交变磁场和交变电流的超导薄板的总交流损耗136

5.2圆形截面超导体的交流损耗137

5.2.1纵向交变磁场下的圆形截面超导体的交流损耗137

5.2.2横向交变磁场下的圆形截面超导体的交流损耗138

5.2.3横向交变磁场中有传输直流电流的圆形截面超导体的交流损耗140

5.2.4圆形截面超导体的自场交流损耗141

5.2.5横向交变磁场中传输交流电流并处于同位相横向交流磁场中的圆形截面超导体的交流损耗143

5.2.6处于交变磁场和载有交直流的圆形截面超导体的磁通流动损耗144

5.3横向交变磁场中圆形截面柱状混杂超导体的交流损耗145

5.4纵向交变场下圆筒超导体的交流损耗146

5.5大旋转磁场中的交流损耗147

5.6交变磁场和交变电流不同相位时的交流损耗148

5.6.1载流超导薄板在不同相位的平行交变磁场中的交流损耗148

5.6.2载流超导薄板一侧具有不同相位的平行交变磁场中的交流损耗149

5.6.3载流超导薄板两侧对称处于不同相位的平行交变磁场中的交流损耗151

5.7其他波形磁场时超导薄板的交流损耗153

5.8其他临界态模型的交流损耗155

5.8.1Kim模型155

5.8.2电压电流幂指数定律模型——非线性导体模型156

5.8.3Kim-Anderson临界态模型的交流损耗158

5.8.4同时考虑Kim-Anderson临界态模型和电压电流幂指数模型的交流损耗158

5.9其他形式的交流损耗159

5.9.1涡流损耗159

5.9.2横向交变磁场中复合多丝超导体的穿透损耗161

5.9.3扭矩的确定162

5.9.4纵向交变磁场中的复合导体交流损耗163

5.9.5耦合损耗165

5.9.6其他波形交变场的涡流损耗168

5.10交流损耗测量170

5.10.1磁测法170

5.10.2电测法172

5.10.3热测法175

5.10.4电测法和热测法的比较178

5.11超导电力装置交流损耗简介179

5.11.1超导材料价格及年成本179

5.11.2制冷机效率179

5.11.3超导电力装置的磁场和交流损耗180

参考文献182

第6章实用超导材料制备工艺简介184

6.1NbTi超导线的制备186

6.2Nb3Sn超导线的制备188

6.2.1内扩散法188

6.2.2外扩散法189

6.3Nb3Al超导线材的制备190

6.4MgB2线材的制备191

6.5第一代高温超导带材的制备193

6.6第二代高温超导带材——YBCO涂层导体196

6.6.1基板及织构化隔离层197

6.6.2高临界电流密度超导层的沉积198

参考文献199

第7章高温超导带材临界电流和n值的非接触测量原理和技术202

7.1临界电流和n值简介202

7.2高温超导带材临界电流的非接触测量技术203

7.2.1剩余磁场法203

7.2.2交流磁场感应法204

7.2.3力学方法206

7.3高温超导带材n值的非接触测量技术208

7.3.1磁滞损耗分量法——变幅值法208

7.3.2基波分量法——变频法209

7.3.3三次谐波分量法210

7.4实用长度高温超导带材临界电流和n值均匀性的分析211

7.4.1高斯分布统计法211

7.4.2Weibull统计分布212

7.5下一步临界电流和n值的非接触测量技术213

参考文献213

第8章低温绝缘材料及其电性能216

8.1超导电力装置对低温绝缘材料的要求216

8.2低温气体的绝缘特性216

8.2.1常用低温气体的绝缘特性216

8.2.2其他气体的绝缘特性220

8.3低温介质的绝缘特性220

8.3.1低温介质的性能比较220

8.3.2低温介质的电性能221

8.4有机绝缘薄膜材料的绝缘特性229

8.4.1薄膜材料的热力学性能229

8.4.2薄膜材料的电阻率232

8.4.3薄膜材料的介电常数232

8.4.4介质损耗234

8.4.5击穿电压236

8.4.6电老化特性238

8.5低温绝缘漆和低温黏合剂240

8.6低温绝缘结构材料242

8.7无机绝缘材料244

8.7.1玻璃的热力学性能244

8.7.2陶瓷的电特性245

8.7.3云母玻璃的热力学和电学特性246

参考文献248

第9章低温容器与低温制冷249

9.1低温冷却介质249

9.2低温容器251

9.2.1低温绝热基础252

9.2.2低温绝热的基本类型和结构261

9.2.3低温容器的结构设计272

9.2.4低温介质输液管及低温管道275

9.2.5极低温容器——双杜瓦结构容器277

9.3低温制冷278

9.3.1低温制冷原理和制冷机278

9.3.2适合于超导电力装置的制冷机的选择284

9.4超导电力装置的冷却技术285

9.4.1开式浸泡式冷却285

9.4.2闭式减压浸泡式冷却286

9.4.3闭式浸泡式冷却286

9.4.4迫流循环冷却287

9.4.5制冷机直接冷却288

参考文献289

第10章超导电力装置供电技术291

10.1电流引线的设计291

10.1.1传导冷却电流引线292

10.1.2传导冷却电流引线近似设计295

10.1.3可插拔（拆卸）电流引线300

10.1.4气冷电流引线300

10.1.5高温超导电流引线303

10.1.6珀尔帖热电效应305

10.1.7珀尔帖气冷电流引线308

10.2超导开关313

10.2.1低温超导开关的设计314

10.2.2高温超导开关的设计314

10.2.3超导开关的制造315

10.3超导磁通泵317

10.3.1超导磁通泵的工作原理317

10.3.2变压器型超导磁通泵318

10.3.3超导永磁体磁通泵319

参考文献321

附录323

A1复合导体热容、热导率和电阻率的计算323

A2常用金属、合金及绝缘材料的物理性能特性参数324

A2.1一些合金材料的热导率k[单位：W/（m·K）]324

A2.2几种聚合物材料的热导率k[单位：W/（m·K）]325

A2.3几种陶瓷和玻璃的热导率k[单位：W/（m·K）]325

A2.4一些材料低温下的热导积分∫Tk4（T）dT326

A2.5一些材料低温下的比定容热容cυ[单位：J/（kg·K）]327

A2.6不锈钢管导热量328

A2.7焊料的热力学特性328

A2.8几种元素的电热学特性329

A2.9金属材料的热收缩率331

A2.10合金材料的热收缩率331

A2.11聚合物材料的热收缩率332

A2.12复合绝缘材料的热收缩率333

A2.13陶瓷和非金属材料的热收缩率333

A2.14奥氏不锈钢材料的热力学特性334

A2.15Nickel镍钢材料的热力学特性334

A2.16铝合金材料的热力学特性335

A2.17几种合金及聚合物的力学特性336

A2.18常用骨架材料的热收缩336

A2.19几种常用金属结构材料的热导率及电阻率338

A2.20焊料的电阻率338

A2.21几种焊料的超导特性339

A2.22几种金属材料与铜在室温下的电阻率的比较339

A2.23几种材料的剩余电阻率339

A2.24几种纯金属材料的理想电阻率340

A2.25几种合金材料的理想电阻率340

A3贝赛尔函数341

A4实用高温超导涂层导体（YBCOCC）的涡流损耗341

A5非金属及不锈钢低温容器的性能343

A5.1几种非金属材料的气体渗透特性343

A5.2JB/T5905—92规定的真空多层绝热液氮和液氧低温容器的基本参数344

A5.3几种小型不锈钢低温容器的技术性能344

A5.4几种非金属低温杜瓦容器的性能345