_科创中国

实用化高温超导磁体研制的关键技术及应用

成果类型：: 新技术

发布时间: 2022-09-01 13:41:26

科技成果产业化落地方案

方案提交机构：“科创中国”新型电力系统装备产业科技服务团| 刘淼 | 2022-09-02 10:49:22

成果简介技术亮点应用前景团队概括产生的效益转化方式

高温超导磁体技术在先进能源装备、大科学装置和高端医疗设备等领域有着广阔的应用前景，对发展磁约束核聚变技术、开发极高场核磁共振磁体、建设质子/重离子癌症治疗装置等意义重大，符合国家“十四五”规划和2035年远景目标纲要的战略需求。然而，低成本高性能的材料制备工艺、高温超导磁体的非线性多场设计理论、以及超导磁体的运行监测方法等瓶颈问题一度制约了高温超导磁体技术的发展和应用。为此，清华大学联合多家国内优势单位在上述三个方向开展关键技术攻关，取得了一系列创新成果和技术突破。

（1）提出了发展高温超导磁体技术所必需的材料制备新方法和新工艺。开发了用化学溶液沉积法快速制备二代高温超导薄膜材料的新方法，解决了热处理应力与有害形貌演化等技术难题；提出了超导带材缓冲层磁控溅射沉积的新技术，实现了表面形貌和晶粒织构两个方面的协调调控；发明了使用YBCO脱层带材制备超导接头的新工艺，为高温超导磁体所需的带材连接技术提供了重要技术支撑。（2）提出了考虑非线性电磁效应的高温超导缆线和磁体多场结构设计新理论。发展了高温超导缆线动态电磁性能三维计算方法，开发了新型变角度螺旋的集束化高温超导复合化缆线导体技术；提出并建立了屏蔽电流效应对高温超导磁体应力分布影响的理论模型，被国际同行评价为“未来实现更高稳态磁场的重要基石”；提出了高温超导磁体多场结构设计新方法，保障磁体在运行中的结构安全性。（3）开发了基于多场行为的高温超导磁体稳定运行检测新技术。发展了高温超导长带性能连续测量、高温超导磁体交流损耗分析测试、以及基于埋入与分布式光纤的低温-电磁多场环境下磁体运行性能测试等技术，实现了高温超导磁体的多维度、全过程健康监测，保障了高温超导磁体的安全运行。

本项目已获国家发明专利授权17项，发表学术论文25篇，其中SCI收录24篇，在高温超导材料制备工艺、磁体设计理论和先进测试技术等多领域取得突破，为国家重大科技基础设施建设和国内外百余台超导磁体的设计制造提供了技术支撑。近三年直接经济效益7318.3万元，促成国内相关企业新增销售额900余万元，节约开支1000余万元。通过本项目的顺利实施，全面提升了高温超导磁体技术的实用化水平，增强了我国自主研制高温超导磁体的技术实力。

本项目积极响应《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》对于“适度超前布局国家重大科技基础设施”，并“深入实施制造强国战略，推动先进电力装备和医疗设备产业的创新发展”的战略规划，着眼于当前实用化高温超导磁体在材料工艺、磁体设计、测试方法以及工程应用等领域面临的严峻挑战，开发了高温超导连接技术、高温超导长带非接触连续测量、基于埋入与分布式光纤的多场测量技术以及交流损耗测试等材料制备与磁体测试技术，建立了高温超导磁体的非线性电磁理论和多场设计方法，并将技术成果成功应用在了国内首套10kV磁偏置超导限流器的示范工程应用中。

本项目成果已累计为上海超导科技股份有限公司、北京原力辰超导技术有限公司、西安聚能超导磁体科技有限公司等国内多家单位新增销售额900余万元，节约成本超过1000万元。应用本项目成果技术，已累计为美国密西根州立大学（MSU）委托的稀有同位素束流装置提供超导磁体百余台，总研制经费累计170余万美元。本项目的这些成果，在提升了高温超导磁体技术水平的同时，也在科技创新等方面起到了积极的社会影响。

自行投资实施转化