面向聚变堆中心螺线管线圈的高温超导缆线交流损耗特性研究

需求的背景和应用场景

在未来聚变能的研究与开发中，聚变堆中心螺线管线圈作为关键的磁约束部件，其性能直接关系到聚变反应的稳定性和效率。然而，由于聚变堆运行过程中会产生复杂的电磁环境，特别是交流电流的存在会导致高温超导缆线中产生显著的交流损耗，这不仅会降低系统的能效，还可能引发严重的热管理问题，威胁到聚变堆的安全稳定运行。因此，针对未来聚变堆中心螺线管线圈的交流损耗问题，开展深入的高温超导缆线交流损耗特性研究显得尤为重要。本研究旨在通过精确模拟和结构优化，为未来聚变堆中心螺线管磁体的设计提供科学依据和可行性方案，确保其在复杂工况下的高效、稳定运行，从而推动聚变能技术的商业化进程。

要解决的关键技术问题

1. 精细化建模研究：

• 技术原理：基于电磁场理论、热力学原理及超导材料特性，构建高精度的高温超导缆线电磁热耦合交流损耗计算模型。
• 技术架构：集成电磁仿真软件、热力学分析工具及超导材料数据库，实现多物理场耦合计算。
• 关键技术点：精确描述超导材料在复杂电磁环境下的非线性行为，以及温度、电流密度等参数对交流损耗的影响。

2. 不同工况下的交流损耗特性研究：

• 技术原理：通过模拟聚变堆中心螺线管线圈的实际运行工况，分析高温超导缆线在不同频率、幅值电流下的交流损耗特性。
• 技术架构：搭建工况模拟平台，结合精细化模型进行多工况仿真分析。
• 关键技术点：准确捕捉工况变化对交流损耗的影响规律，为优化设计提供数据支持。

3. 导体结构优化研究：

• 技术原理：基于交流损耗特性研究结果，探索不同结构高温超导缆线的载流能力和交流损耗特性，提出优化方案。
• 技术架构：设计多种导体结构方案，通过仿真对比评估其性能。
• 关键技术点：创新导体结构设计，实现交流损耗的有效抑制，同时保证良好的载流能力和热稳定性。

效果要求

• 效益：通过本研究，预期能够显著降低高温超导缆线在聚变堆中心螺线管线圈中的交流损耗，提高系统能效，降低运行成本，为聚变能技术的商业化应用奠定坚实基础。
• 竞争优势：形成具有自主知识产权的高温超导缆线交流损耗特性研究方法和优化技术，提升我国在聚变能领域的技术竞争力。
• 创新性：提出新颖的高温超导缆线结构优化方案，为聚变堆磁体系统的设计提供新的思路和方法，推动聚变能技术的创新发展。