High current DyBCO-ROEBEL Assembled Coated Conductor (RACC)
低交流损耗高传输电流HTS电缆（>1 kA）需要应用于Transformers、发电机，并被考虑用于未来几代聚变反应堆线圈。2G涂层导体是在50-77 K的相当高的操作温度下的高场应用的合适候选者，这是经济冷却成本的关键先决条件。作为一项可行性研究，我们提出了第一个ROEBEL酒吧电缆约。35 cm长，由工业DyBCO涂层导体（THEVA GmbH，德国）制成。使用专门设计的工具从10 mm宽的CC带切割出具有180 mm捻距的4 mm宽的曲折形ROEBEL股线。股线以平均157安培/厘米宽的直流电承载，并组装成具有5股线的子电缆和具有16股线的最终电缆。对5股电缆进行测试，并在77 K下承载> 300 Amps DC的传输电流，相当于各个股传输临界电流的总和。16股电缆通过加热效应和不充分的稳定性和电流共享来限制500 A。脉冲电流负载表明16股电缆的载流电位> 1 kA。
2005-10-06 cond-mat.supr-con
Numerical modelling of MgB2 conductors for high power AC transmission
由MgB 2超导体制成的电缆目前被探索为在AC体系中传输高电力的可行解决方案。为了与直流解决方案竞争，电缆需要具有可接受的交流损耗水平。在这篇文章中，我们讨论了设计一个足够低的交流损耗水平的电缆相关的主要方面。为此，我们进行有限元法（FEM）模拟，以确定电流和场分布，并计算这种电缆配置的交流损耗。对于2-5 kA（峰值）的电流容量，电力电缆由相对少量的MgB 2股组装而成。这种电缆的性能很大程度上取决于电流和场分布，而电流和场分布又受到超导部件的数量和布置以及支撑材料的磁特性的影响。数值模拟可以帮助测试不同的电缆配置，并为优化电缆设计提供重要见解。数值模型包括超导体的临界电流密度Jc（B）的场依赖性以及磁性材料的非线性特性。
2017-05-29 cond-mat.supr-con
DC and AC Characterization of Pancake Coils Made from Roebel-Assembled Coated Conductor Cable
由高温超导涂层导体制成的罗贝尔电缆可以通过紧凑的设计和降低的交流损耗来传输大电流。因此，它们是制造电机和发电机等高温超导应用线圈的良好候选材料。在本文中，我们提出了实验直流和交流特性的几个线圈组装从一个5米长的罗贝尔电缆建在KIT，不同的匝数和匝间距。我们的实验，有限元法（FEM）计算的支持下，表明，一个更紧密的缠绕罗贝尔线圈，尽管有一个较低的临界（因此操作）电流，可以产生一个更高的磁场比一个松散的缠绕。对于线圈中心产生的给定磁场，所有线圈都具有类似的AC损耗，除了最松散缠绕的线圈之外，由于产生所需场所需的相对大的电流，该线圈具有高得多的损耗。在本文中提出的实验进行的几何形状的煎饼线圈的罗贝尔电缆，但他们是一个更一般的策略，耦合实验和数值模拟，可以用来优化线圈设计相对于不同的参数，如磁带数量，大小，或交流损耗，其相对重要性是由特定的应用程序。
2017-05-29 cond-mat.supr-con
Critical state solution of a cable made of curved thin superconducting tapes
本文提出了一种基于临界状态的计算弯曲超导薄带电缆中电流、场分布和交流损耗的方法。该方法还包括考虑临界电流密度的空间变化的可能性，这可能是制造过程的结果。例如，已知稀土基涂覆导体在带的边缘附近具有降低的传输特性：这影响电流和场穿透样品的方式，并因此影响AC损耗。我们表明，弯曲的磁带安排在一个圆柱形的前行为作为一个无限的水平堆叠的直磁带，我们比较在各种工作条件下的交流损耗，无论是没有和临界电流密度的横向依赖。该模型和随后的类似方法可用于涂覆导体的各种应用，包括电力电缆和圆芯导体（CORC）电缆。
2014-09-09 cond-mat.supr-con
Roebel cables from REBCO coated conductors: a one-century-old concept for the superconductivity of the future
采用高温超导体（HTS）的能源应用，例如电动机/发电机、变压器、传输线和故障电流限制器，通常在交流（AC）状态下操作。为了高效，除了必要的载流能力之外，HTS装置还需要具有足够低的AC损耗值。大多数应用都是在电流超过单根导线的电流容量的情况下运行的，因此需要具有更高载流容量的电缆导线解决方案，对于大型水轮发电机，载流容量从几kA到高达20 - 30 kA。一个世纪前的1914年，Ludwig Roebel发明了一种用于铜缆的低损耗电缆设计，并相继以他的名字命名。罗贝尔电缆背后的主要思想是分离不同股线中的电流，并提供沿电缆方向的股线的完全换位。如今，这些电缆通常用于大型发电机的定子。基于与传统材料同类产品相同的设计理念，由REBCO涂层导体制成的高温超导罗贝尔电缆首先在卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）制造，并已连续开发出许多品种，提供所有所需的技术特性，如完全换位的股线，高传输电流和低交流损耗，同时保留了特定电缆设计的足够灵活性。在过去的几年中，已经发表了大量关于这种电缆的概念、制造和表征的科学论文。因此，审查这些结果的时机已经成熟。其目标是为此类高温超导电缆的用户、开发人员和制造商提供概述和简明易懂的指南。
2017-05-29 cond-mat.supr-con physics.ins-det
Critical Current Measurement of REBCO Cables by Using a Superconducting Transformer
开发在高磁场中承载高电流的REBCO电缆对于未来的大规模磁体应用至关重要。本文介绍了在国家高磁场实验室（NHMFL）的实验装置上，对两种不同REBCO超导电缆的临界电流进行了测量。简单堆叠电缆由NHMFL通过堆叠21个REBCO带而无需焊接。Advanced Conductor Technologies提供的圆芯导体（CORC）电缆具有21层REBCO带，每层2条带。实验装置由一个12 T的15 cm口径的分裂螺线管磁体和一个超导Transformer（SCT）电流源组成。特别注意REBCO电缆和SCT输出之间的焊点的制造。在4.2 K下测量电压-电流迹线作为磁场的函数，由此确定临界电流。讨论了这种测量的细节。
2023-02-14 cond-mat.supr-con
Massive Mitigation of Transport AC Losses in Superconducting Hybrid CORC-TSTC Cables
University of Leicester（莱斯特大学）；Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (INMA), CSIC-Universidad de Zaragoza（阿拉贡纳米科学与材料研究所（INMA），西班牙科学研究中心-萨拉戈萨大学）
研究通过3D电磁模型探讨了混合CORC-TSTC电缆中电流注入策略对传输AC损耗的影响，发现独立供电能显著降低损耗，最高可达90%。
2026-05-07 cond-mat.supr-con physics.app-ph
Coated conductors containing grains with big aspect ratios
结果表明，如果使用具有大的有效晶界面积的晶粒排列，则由涂层导体技术制造的高Tc超导带材的临界电流显著增强。增加晶粒的纵横比减少了晶界的有害影响。提出了一条具有竞争力的高Tc电缆的实用之路。
2002-06-21 cond-mat.supr-con
A transformative superconducting magnet technology for fields well above 30 T using isotropic round wire multifilament Bi2Sr2CaCu2O8-x conductor
本文报道了用高温铜酸盐超导体Bi_2Sr_2CaCu_2 O_（8-x）（Bi-2212）制成的复丝圆线导体可以产生近34 T的磁场，远高于Nb_3Sn的24 T上限。这种Bi-2212导体的一个显着属性是，它不表现出宏观纹理，并且包含许多大角度晶界，但在20 T和4.2 K下仍获得非常高的超导临界电流密度Jc，为2500 A/mm 2。该Bi-2212导体不具有REBa 2Cu 3 O 7-x（REBCO）的高Jc涂覆导体所需的极端织构，也避免了其高纵横比、大的超导各向异性和对单丝导体的缺陷的固有敏感性。Bi-2212线可以缠绕或缆线成几乎任何类型的超导磁体，并且对于超过Nb 3Sn技术的当前1GHz质子共振极限的非常高的场NMR磁体将是特别有价值的。这一证明表明，晶界限制高Jc实际上可以克服表明了重新关注非理想几何形状中的晶界性质的巨大价值，特别是将这种Bi-2212导体的经验转化为多丝圆线REBCO或Fe基超导体的制造。
2013-05-06 cond-mat.supr-con
Transverse load optimisation in Nb3Sn CICC design; influence of cabling, void fraction and strand stiffness
我们已经开发了一个模型，描述了在Nb 3Sn CICC的横向负载退化，基于股和电缆性能，并预测如何可以防止这种退化。我们提出了横向电磁负载优化（TEMLOP）的模型，并报告了ITER类型的导体的计算的第一个结果，根据测量的性质的内部锡股用于环形场模型线圈（TFMC）。模型计算的最重要的结论是，大CICC的严重退化的问题，可以彻底和直接解决，通过增加后续布线阶段的间距长度。这是第一次提出增加螺距，没有实验数据可以证实TEMLOP模型的结果。较大的节距长度将通过显著缓和与中间长度扭转节距相关联的局部峰值应力而导致电缆中的应力和应变的更均匀分布。本导体布局的扭转节距方案不幸地接近最坏情况。有可能主要通过改变布线方案来改进热核实验堆导体设计或运行裕度。我们还发现，更低的电缆空隙率和更大的股线刚度添加到导体性能的进一步改善。
2011-10-13 cond-mat.supr-con
Non-twisted stacks of coated conductors for DC magnets: analysis of inductance and AC losses
在过去的10-15年中，用于磁体的高温超导（HTS）电缆的开发中最常见的策略是模仿低温超导（LTS）电缆设计。然而，对LTS材料的要求对HTS材料无效，HTS材料非常稳定。例如，非扭转多相Bi-2223带材已成功地用于几种磁体中。本文综述了高温超导带材非扭转叠层的稳定性，分析了超导带材非扭转叠层的电感和交流损耗。数值计算表明，扭转对叠带电感变化的影响可以忽略不计。关于交流损耗，任何用涂层导体构建的磁体都具有比LTS磁体更大的损耗，这是因为带材的纵横比和大宽度。如果宽磁带被替换为非扭曲的窄磁带堆，则可以减少损耗和剩余磁化。与多芯导线相比，绞合一叠磁带只能略微减少损耗。因此，由非绞合堆叠构成的电缆可以被设计成具有与绞合堆叠概念的损耗相当的损耗。讨论了用于聚变应用的大型电缆的一些例子。基于非扭转堆叠的设计可以比扭转堆叠更简单、更稳健且具有成本效益。
2019-11-11 cond-mat.supr-con physics.ins-det
Current patterns and loss contributions in CORT cables carrying AC current
University of Liège（列日大学）；University of Applied Science Mannheim（曼海姆应用科学大学）；CERN（欧洲核子研究组织）；Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院）
本文通过有效二维模型研究单层CORT电缆中Garber电流分布对交流损耗的影响，揭示了表面损耗和边缘损耗的贡献机制。
2026-06-12 cond-mat.supr-con physics.acc-ph
Practical Forecasting of AC Losses in Multi-layer 2G-HTS Cold Dielectric Conductors
针对多层2G-HTS冷介质电缆交流损耗预测模型验证难的问题，提出二维H模型，复现两种高临界电流多层电缆的实测损耗，吻合度高，可揭示带材局部电动力学特性。
2022-10-20 cond-mat.supr-con physics.app-ph
Flux-transfer losses in helically wound superconducting power cables
最小化交流损耗是高温超导体（HTS）交流电力电缆经济运行的关键。这种电缆的相导体的有利构造具有彼此相邻放置并围绕柔性圆柱形线圈架螺旋缠绕的HTS带状导线的两个反向缠绕层。然而，如果磁性材料（诸如带的磁性基底）位于两层之间，或者如果绕组节距角不相反并且在幅度上彼此基本相等，则电流在两层之间不均匀地分布。然后，如果在交流周期中的某个点，两层中的任何一层的电流超过其临界电流，则由于两层之间的通量转移而产生大的交流损耗。详细审查的形式主义，它的应用顺磁性基板的情况下，包括计算这个通量传递损失。
2013-05-29 cond-mat.supr-con
3D Modelling and Validation of the Optimal Pitch in Commercial CORC Cables
圆芯导体（CORC \textsuperscript{\textregistered}）电缆在4.2 K时的电流密度超过300 A/mm $^{-2}$，并且在弯曲至3.5 cm直径后能够保持约90 $\%$的临界电流，使其成为高场功率应用和磁体的强有力候选者。在本文中，我们提出了一个完整的三维有限元模型的基础上，所谓的H-制定的商业CORC \textsuperscript{\textregistered}电缆制造的先进导体技术有限责任公司。所提出的模型包括磁带范围从1到3个SuperPower 4毫米宽的磁带在1个单层和多个节距角。通过改变扭转节距，局部电磁特性，如沿长度和宽度的电流密度分布可视化。与可用的实验测量相比，公开了诸如AC损耗的宏观量的测量。我们通过比较多根电缆的效率和性能，特别关注了扭转节距的影响，并严格评估了最佳扭转节距角。
2021-11-12 cond-mat.supr-con physics.ins-det
New Experimental Method for Investigating AC-losses in Concentric HTS Power Cables
高温超导电缆设计的交流损耗方面的优化是至关重要的经济可行性的相应概念。然而，交流损耗的实验测定并不简单，因为对于短电缆样品，超导带材之间的电流分布主要由各个带材的接触电阻决定。由此产生的不均匀的电流分布肯定会证伪结果。为了解决这个实验问题，我们提出了一个新的实验技术。该装置是一个2米长的三相同心电缆模型，其中，在每个相位内，超导带（多达30个）串联连接。铜编织反向导体组装在旋转对称笼型布置中，使得它们在电缆处的自身场抵消。如果正确考虑这种设置的实验特性，如相之间的强感应耦合和电压接触引线的适当定位，则可以独立地控制电流，并且可以明确地测量电缆的电气特性。在本文中的初步结果。这项工作是德国政府资助的电缆项目AMPACITY（1 km / 20 kV/ 2 kA）的一部分
2017-05-29 cond-mat.supr-con
Development of a novel transposed cable with in-plane bending of HTS tapes (X-cable)
一个紧凑的高温超导电缆，能够携带大电流密度是至关重要的发展高场加速器磁铁。我们正在报告一种新的高温超导电缆（命名为X电缆），可以实现高电流密度的罗贝尔电缆，但实现了平面弯曲堆叠高温超导带材直接实现换位。该电缆是与一家工业公司在生产线上联合开发的：从一开始就准备好大规模生产。最近，一个原型电缆与REBCO涂层导体已成功制造。测试结果显示没有明显的退化，证明了这种电缆概念的可行性。本文将介绍该电缆的设计概念、REBCO带材的面内弯曲性能、第一个原型电缆的制造过程和测试结果。
2021-09-16 cond-mat.supr-con physics.acc-ph
3-D Numerical Simulations of Twisted Stacked Tape Cables
不同的磁体应用需要紧凑的高电流电缆。在所提出的解决方案中，绞合堆叠带电缆（TSTC）易于制造并且具有非常高的带长度使用效率。在这种电缆中，胶带紧密包裹，因此它们的电磁相互作用非常强，决定了电缆的整体性能。数值模型是精确评估这种相互作用并预测电缆行为的必要工具，例如有效临界电流和磁化电流。为此，我们开发了TSTC的全三维模型，该模型不仅考虑了这些电缆的扭曲几何形状，而且还能够考虑电流终端的接触电阻。后者可以对电流在磁带之间的分配方式产生深远的影响，特别是在短的实验室原型上。在本文中，我们首先使用的数值模型计算的临界电流和磁化交流损耗的扭带，显示与直磁带的情况下的差异。然后，我们用它来计算TSTC电缆中的电流分布，并将计算结果与实验结果进行了比较。结果表明，该模型的能力，以模拟扭曲的导体，并构成了第一步的模拟TSTC在高场磁体的应用。所提出的建模方法不限于TSTC的几何形状，但可以用于任何电缆配置与周期性平移对称。
2017-05-29 cond-mat.supr-con
The Garber Current Pattern: An Additional Contribution to AC Losses in Helical HTS Cables?
本文通过全三维 H 公式仿真研究单层三带螺旋高温超导电缆中的 Garber 电流模式，揭示薄壳近似失效，并分析了电流、螺旋角和频率对交流损耗的影响，发现存在最优螺旋角且电流分布与频率强相关。
2024-02-24 cond-mat.supr-con
Estimation of Self-Field Critical Current and Transport-Magnetization AC Losses of Roebel Cables
高温超导涂层导体制成的罗贝尔电缆具有工程电流密度大、损耗低等优点，被认为是一种很有前途的绕线电缆。组成的曲折形股线非常紧密地组装到电缆中，这导致它们之间的强电磁相互作用。这种相互作用深刻地影响电缆的有效自场临界电流（$I_c$），其远低于组成股线的$I_c$的总和。此外，AC损耗受材料的性质和电缆的几何配置的影响。能够预测这种电缆的有效临界电流和交流损耗对于正确设计应用非常重要：由于电缆几何形状和材料特性的复杂性，这种预测只能使用先进的数值工具进行。在这方面的贡献，我们使用有限元为基础的模型来计算有效的$I_c$和交流损耗的罗贝尔电缆组成的31股使用磁带从两个制造商。在传输电流和与电流成比例的背景垂直场同时存在的情况下，分析了交流损耗，这反映了绕组中发生的情况。我们的模型包括$J_c(B,θ)$在~77 K的角度依赖性，这是非常不同的两种材料。通过模拟结果与测量液氮蒸发量热法获得的实验数据的成功比较，这项工作证实了我们的数值技术用于模拟罗贝尔电缆及其设备的电磁行为的适用性和效率。
2015-10-21 cond-mat.supr-con
3D quench modeling based on T-A formulation for high temperature superconductor CORC cables
圆芯电缆（CORC）上的高温超导体（HTS）（RE）Ba 2Cu 3 Ox（REBCO）导体具有高载流能力，用于高场磁体和功率应用。在REBCO CORC电缆中，当发生局部失超时，通过终端接触电阻在带之间发生电流再分布。因此，CORC电缆的失超行为与单带情况不同，它受终端接触电阻的影响很大。为了更好地理解CORC电缆局部失超的物理过程，本文开发了一种新的CORC电缆三维多物理场模拟工具。在该模型中，REBCO带被视为一个薄壳没有厚度，和四个模型耦合：T-配方模型，A-配方模型，传热模型和等效电路模型。利用该模型分析了CORC电缆在热斑失超过程中的电流分布、温度和带电压。结果表明，降低CORC电缆的终端接触电阻可以显著提高CORC电缆的热稳定性。当接触电阻在中间范围内时，最小失超能量（MQE）随接触电阻的减小而迅速增大。当端子接触电阻过低或过高时，MQE随端子接触电阻变化不明显。在低端子接触电阻的情况下，一个带中的热点可能在没有热点的其他带上引起过电流失超。这在具有高端子接触电阻的电缆中不会发生。在这种情况下，具有热点的带将在其他带上引起淬火之前淬火并烧毁。开发的建模工具可用于设计具有改进的热稳定性的CORC电缆。
2019-02-28 cond-mat.supr-con
High-field thermal transport properties of REBCO coated conductors
REBCO涂层导体的使用被设想用于许多应用，从电力电缆延伸到高场磁体。无论如何，REBCO带材的热性能对超导器件的稳定性起着关键作用。在这项工作中，我们提出了第一个研究的纵向热导率（$κ$）的REBCO涂层导体在磁场高达19 T的同时施加垂直和垂直于热电流方向。对六家工业生产商生产的铜稳定胶带进行了研究。我们表明，零场$κ$的涂层导体可以计算与$\pm 15%$的精度从剩余电阻率比的稳定剂和Cu/非Cu的比例。在高场进行的测量，使我们能够评估的一致性的程序，通常用于估计在现场$κ$的框架内的Wiedemann-Franz法从材料的电特性。现场数据旨在为高温超导体基磁体的热稳定性分析提供主要成分。
2014-12-03 cond-mat.supr-con
3D FEM Modelling of CORC Commercial Cables with Bean's like magnetization currents and its AC-Losses Behaviour
先进导体技术公司生产的圆芯导体（CORC）电缆在4.2 K时的电流密度超过300 Amm^-2，弯曲直径可达3.5 cm，被认为是下一代高场功率应用和磁体的最佳候选产品之一。在本文中，我们提出了一个完整的三维有限元模型，其单层和双层CORC电缆分别由多达三个和六个超导带材，揭示了在磁场超过60 mT的单层电缆的交流损耗的全曲线，和实际分布的电流密度沿和跨厚度的超导带材在两种设计。该模型是基于所谓的H-公式，允许纳入真正的三维磁带，而不重复的2D薄膜的方法，非物理表面电流，不遵循著名的Bean的模型II型超导体出现。同样，与实验测量的交流损耗的单层和双层电缆已获得良好的协议，与本文中公开的模型的所有细节。
2022-01-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con physics.app-ph
Temperature- and Field Dependent Characterization of a Twisted Stacked-Tape Cable
绞合叠带电缆（Twisted Stacked-Tape Cable，TSTC）是高温超导体电缆的主要概念之一，具有可扩展性、易于制造和高电流密度等优点，使其成为大规模磁体导体的可能候选材料。为了模拟这种磁体的边界条件以及扭曲堆叠带电缆的温度依赖性，使用卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）的技术物理研究所（ITEP）的“FBI”（力场电流）超导体测试设备表征由40.4mm宽的SuperPower REBCO带组成的1.16m长的样品。在第一步中，在测量载流能力的同时循环背景磁场，以确定洛伦兹力对TSTC样品性能的影响。在第一个磁场循环中，测试了TSTC样品的临界电流高达12 T。在12 T的最大背景磁场下，高达65.6 kN/m的显著洛伦兹力导致载流能力不可逆下降11.8%。降解饱和（在4.2 K和12 T背景场下的临界电缆电流为5.46 kA），并且在随后的场循环中不会增加。在第二步中，利用“FBI”测试设备的可变温度插入物在不同背景场（4-12 T）和表面温度（4.2-37.8 K）下表征样品。在第三步骤中，在77 K自电场下确定沿样品长度的性能。在现场测量期间，在磁体的高场区域内的样品的中心部分获得了15%的降解。
2015-02-24 cond-mat.supr-con
Critical current density and microstructure of iron sheathed multifilamentary Sr1-xKxFe2As2/Ag composite conductors
铁基超导体被认为在高场应用中非常有前途，对于高场应用，具有高机械强度的多芯线和带导体是必不可少的。本文采用非原位粉管法制备了以银为基体、铁为外增强护套的7芯、19芯和114芯Sr_（0.6）K_（0.4）Fe_2As_2（Sr-122）超导线材和带材。采用显微硬度法研究了7丝和19丝导体中Sr-122相的质量密度，结果表明，在不同厚度的圆丝和扁带中，硬度与传输临界电流密度（Jc）呈正相关。对于Sr-122/Ag/Fe 114-细丝导体，其中平均横截面细丝尺寸小于50微米是通过拉伸成直径为2.0mm的圆线实现的，传输Jc可以通过平轧而显著增强，对于7-和19-细丝导体也是如此。7、19和114丝Sr-122/Ag/Fe带材的最高输运Jc分别达到1.4 × 10^4、8.4 × 10^3和6.3 × 10^3 A cm-2（4.2 K，10 T），表明Jc随丝数的增加而降低。这种Jc的下降可以归因于长丝在纵向上的香肠效应和这些非常细的长丝中的晶粒细化。
2015-08-24 cond-mat.supr-con
A self-consistent model for estimating the critical current of superconducting devices
如今，人们对使用超导导线或超导带材来设计和制造诸如电缆、线圈、旋转机械、Transformers和故障限流器等设备的兴趣日益增长。它们的高电流容量使它们成为制造可用于上述大规模电力应用的紧凑和轻型电缆和线圈的候选者。然而，这些电缆和线圈的性能受到其临界电流的限制，临界电流由几个因素决定，包括导体的材料特性和设备本身的几何布局。在这项工作中，我们提出了一个自洽模型估计超导器件的临界电流。当工作条件是由电流产生的自场与总背景场相当时，这是非常重要的。该模型的基础上的渐近极限时，时间接近无穷大的法拉第方程的磁矢势方面写的。它使用连续的E-J关系，并考虑了临界电流密度对磁通量密度的角度依赖性。所提出的模型是用来估计超导设备，如电缆，线圈，线圈的换位电缆具有非常高的精度制成的临界电流。该模型计算速度快，是设计优化的理想模型。
2014-12-22 cond-mat.supr-con
Stable, predictable and training-free operation of superconducting Bi-2212 Rutherford cable racetrack coils at the very high wire current density of more than 1000 A/mm2
高温超导体（HTS）可以实现比Nb-Ti和Nb 3Sn更强的高磁场磁体，但到目前为止，两个关键的限制因素是在长导体中实现高临界电流密度的困难，特别是在高电流电缆中，以及超导体进入正常状态的淬火危险。在这里，我们证明了稳定，可靠和训练淬火自由性能的Bi-2212赛道线圈缠绕17股卢瑟福电缆制成的电线与纳米喷雾Bi-2212粉末。这些复丝导线现在以单根长度超过1 km的形式交付，在30 T和4.2 K条件下的新记录整线临界电流密度高达950 A/mm 2。这些线圈携带高达8.6 kA，同时在4.2 K下产生3.5 T的峰值场，线电流密度为1020 A/mm 2。与Nb-Ti和Nb 3Sn磁体不可预测的训练性能完全不同，这些Bi-2212磁体在热失控和失超发生之前没有表现出训练失超，并且以稳定的方式进入磁通流状态。与Nb-Ti、Nb 3Sn和REBCO磁体的局部热失控发生在不可预测的位置处也完全不同，Bi-2212磁体的失超在大于一米的导体长度上始终发生在高场区域中。这些特性使得失超检测相当简单，能够实现安全保护，并且提出了由Bi-2212构造失超可预测超导磁体的新范例，Bi-2212与Nb-Ti和Nb 3Sn一样，是各向同性的、圆形的、多丝的、在km长度上均匀的并且适合于卢瑟福电缆使用，但是与它们不同的是，更能容忍能量干扰，这些干扰经常导致Nb基超导磁体过早失超和长训练周期。
2019-05-28 cond-mat.supr-con physics.acc-ph
Reduction of gas bubbles and improved critical current density in Bi-2212 round wire by swaging
Bi-2212圆丝是采用粉末套管法生产的。管中粉末导体的一个不可避免的特性是在拉制的导线中存在约30%的空隙空间。我们最近已经表明，存在于拉制的Bi-2212线中的气体聚集成大气泡，并且它们是目前最有害的电流限制机制。通过在反应前通过冷等静压（CIPping）致密化2212短丝，空隙空间几乎被去除，气泡密度显著降低，导致在5 T、4.2K下的工程临界电流密度（JE）加倍至810 A/mm 2。在这里，我们报告了通过旋锻使Bi-2212丝致密化，其将JE（4.2 K，5 T）从拉制丝的486 A/mm 2增加到旋锻丝的808 A/mm 2。这一结果进一步证实，提高细丝堆积密度对于在该圆线磁导体中实现JE的重大改善是非常重要的。
2013-01-15 cond-mat.supr-con
Self-fields in thin superconducting tapes: implications to the thickness effect in coated conductors
超导体的大多数应用，如输电线路、电动机、发电机和Transformers，都需要长电缆，大电流通过长电缆流通。近年来，在基于高温超导体的导体的载流能力方面取得了令人瞩目的进展。涂层导体可能是最好的例子，包括在金属带上生长的质量非常好的YBCO超导体薄层和一些中间层。然而，有一个重要的问题，以实现大电流：一个大的减少，在运输临界电流密度Jc时，增加膜厚已被观察到在涂层导体由所有可用的技术。在这里，我们从理论上解释了这种所谓的厚度效应的性质和无处不在的存在，通过分析在超导体中的传输电流所产生的自场，假设一个现实的场依赖Jc。这些知识可以帮助找到新的方法来提高厚超导膜中的传输电流。
2009-12-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Understanding and minimizing ac losses in CORC cables of YBCO superconducting tapes
该研究利用 T-A 与 H-formulation 两类有限元模型分析两层 CORC 超导电缆的交流损耗来源及设计运行参数影响，并提出降损与更精确计算方法。
2023-06-07 cond-mat.supr-con physics.app-ph
Determination of the electromechanical limits of high-performance Nb$_3$Sn Rutherford cables under transverse stress from a single-wire experiment
能够提供16 T偶极场的高场加速器磁体的开发是未来圆形对撞机（FCC）所瞄准的100 TeV能量前沿所需的不可或缺的技术突破。由于这些磁体将基于Nb $_3$ Sn Rutherford电缆，因此由于大的电磁应力导致的导体性能退化成为对磁体设计具有深远影响的参数。在这项工作中，我们研究的应力依赖性和压缩横向载荷下的临界电流在高性能的粉末管（PIT）的$_3$锡线的不可逆减少。在16 T和19 T之间的磁场中，对与加速器磁体的卢瑟福电缆中的线类似的树脂浸渍的线进行测试。范围是预测单线实验中电缆在应力下的退化。有趣的是，不可逆的应力极限，$σ_{irr}$，定义为应力水平对应于一个永久性的减少5 $\%$相对于其初始值的临界电流，被发现依赖于所施加的磁场。这一观察使我们能够阐明主导导线性能不可逆降低的机制，并将我们的结果与卢瑟福电缆上测量的不可逆极限进行比较和协调，这些极限通常在12 T以下的磁场下进行测试。
2019-09-30 cond-mat.supr-con physics.app-ph
A newly developed 10kA-level HTS conductor: innovative tenon-mortise-based modularized conductor (TMMC) based on China ancient architecture
本文提出基于中国传统榫卯结构的模块化高温超导导体TMMC，通过REBCO堆叠完全错位配置提升临界电流各向同性并降低交流损耗，160带材原型在77 K自场下达到13.69 kA。
2023-12-17 cond-mat.supr-con
Development of high critical current density in multifilamentary round-wire Bi2Sr2CaCu2O8+x by strong overdoping
Bi_2Sr_2CaCu_2O_（8 +x）是目前唯一一种可以制成圆线导体的铜酸盐超导体，其临界电流密度Jc足够高。在这里，我们表明，这种银护套超导线材的Jc（5 T，4.2 K）可以通过低温氧化加倍到超过1.4 × 10^5 A/cm ^2。仔细的分析表明，改善的性能与转变温度Tc降低12 K至80 K和晶间连通性的显着增强有关。尽管线的宏观无纹理性质，过掺杂在产生高Jc值方面是非常有效的。
2009-10-06 cond-mat.supr-con
Electromagnetic Assessment and AC Losses of Triaxial Cables with Multiple 2G-HTS Layers Per Phase
为了准确估计超导三轴电缆的交流损耗，我们提出了一个2D模型，能够提供多层三轴电缆的全球评估，验证对交流损耗的单相电缆提供的VNIIKP电缆研究所。四个模型，第一个是单相电缆的50磁带和其他三个三轴电缆由多达135个涂层导体分布在多达9层。设计了一个系统的研究，其中每相的层数从1增加到3，其中至少14个条带分布在第一（最内）相的每层上，第二（中间）相中有15个条带，第三（最外）相中有16个条带。值得注意的是，我们的研究结果表明，考虑所施加电流的幅度的不平衡分布的简单策略，即使对于双层和三层电缆，通常也可以平衡三相之间的磁场，导致在所有情况下可以忽略不计的漏磁。此外，我们的模拟允许第一次看到如何传输和磁化电流分布在整个厚度的所有超导带材，从中我们已经发现，第二阶段的交流损耗通常高于在其他阶段在低到中等的传输电流Itr < 0.8 Ic。然而，取决于SC带在第3相层处的Ic是否低于在第2相处的Ic，在第3相处的层可以在AC损耗上表现出相当大的增量，作为所考虑的HTS带的磁角各向异性的结果，这导致有趣的电磁特征，其表明所施加的传输电流的实际阈值为0.8Ic。同样地，公开了每增加层、每相以及作为所施加电流的函数的AC损耗的相对变化。
2022-10-20 cond-mat.supr-con physics.app-ph
A broadband microwave Corbino spectrometer at $^3$He temperatures and high magnetic fields
我们提出的技术细节的宽带微波光谱仪测量复电导的薄膜覆盖范围从50 MHz到16 GHz的温度范围300 mK至6 K，并在施加磁场高达8特斯拉。我们测量复反射从一个样品终止同轴传输线和校准的信号与已知的反射系数的三个标准。通过包括一段NbTi超导电缆（转变温度约为8 $-$ 9 K）和气密密封玻璃珠适配器来实现热负荷与内导体的热隔离。这使我们能够将样品台的基础温度稳定在300 mK。然而，包括这种超导电缆使校准过程复杂化。我们记录了超导电缆对我们的校准程序的影响和施加的磁场的影响，以及我们如何控制温度，每次测量具有很大的可重复性。我们已经成功地在该频率，温度和场范围内提取了薄超导膜和高电阻石墨烯样品的可靠数据。
2014-02-25 cond-mat.supr-con physics.ins-det
Simulation of the vortex dynamics in a real pinning landscape of YBa$_2$Cu$_3$O$_{7-δ}$ coated conductors
高温超导体（HTS）能够承载非常大的电流而几乎没有耗散，这使得它们在大功率应用中不可替代。高温超导电缆的发展和进一步改进需要深入了解超导涡旋动力学在复杂的钉扎景观的存在。我们提出了一个真正的高温超导样品在磁场中的临界电流分析相结合的国家的最先进的大规模Ginzburg-Landau模拟与重建的三维扫描透射电子显微镜断层扫描的钉扎景观在Dy掺杂的YBa $_2$ Cu $_3$ O $_{7-δ}$。这种方法提供了一个独特的外观在一个复杂的钉扎景观的存在下，负责商业HTS线的高载流能力特性的涡流动力学。我们的方法表现出很好的功能和定量之间的模拟和实验的临界电流的协议，提供了一个新的预测工具，高温超导线材的设计。
2015-12-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con physics.comp-ph
White Paper on High Temperature Superconducting Bi-2212 Magnets for Energy Frontier Circular Colliders
Bi-2212是目前唯一一种各向同性、扭转、多芯圆线形式的高温超导材料，它将使高场超导加速器磁体的应用范围大大扩展到圆线、各向同性Nb-Ti和Nb 3Sn导体之外。本文描述了Bi-2212在未来高能圆对撞机（包括高能质子和μ子对撞机）中可能发挥的重要作用。我们描述了其目前的技术状态（导体开发，磁体设计概念，原型磁体状态），然后在一个综合战略中提供了一个10年计划，用于>15 T加速器磁体和>25 T螺线管磁体，以吸引行业和整个美国以及对HTS磁体应用感兴趣的国际科学企业。
2022-03-23 cond-mat.supr-con physics.acc-ph
Self-consistent Modeling of the $I_c$ of HTS Devices: How Accurate do Models Really Need to Be?
用于计算由HTS带制成的装置的有效临界电流的数值模型需要了解Jc（B，θ）依赖性，即临界电流密度Jc依赖于磁通量密度B及其相对于带的取向θ的方式。在本文中，我们提出了一个数值模型的基础上的临界状态与角场依赖的Jc提取的Jc（B，θ）的关系，从实验数据。该模型考虑了磁带产生的自场，这在实验中施加的场较低时给出了重要的贡献。同样的模型也可以用来计算由电磁相互作用带组成的器件的有效临界电流。这里考虑三个例子：两个不同的额定电流的罗贝尔电缆组成的REBCO涂层导体和电力电缆的原型组成的Bi-2223磁带。用数值模型计算的临界电流与实测值吻合较好。模拟还显示，在Jc（B，θ）中的几个参数集给出了同样好的表示的实验表征的磁带和电缆的测量的Ic值受到实验条件的影响，如由于制造和组装过程和非均匀性的磁带性能的Ic退化。这两个方面使得确定非常精确的Jc（B，θ）表达式可能是不必要的，只要该表达式能够再现角度依赖性的主要特征。该模型易于使用，可以直接在有限元程序中实现，能够解决静态电磁问题，是非常有吸引力的研究人员和设备制造商谁想要表征超导带材和计算超导器件的有效临界电流。
2014-11-04 cond-mat.supr-con
Performance of Titanium-Oxide/Polymer Insulation in Bi-2212/Ag-alloy Round Wire Wound Superconducting Coils
导体绝缘是使银合金包层Bi 2Sr 2CaCu 2 O 8 +x（Bi-2212/Ag）超导圆线（RW）成功应用于高场磁体的关键部件之一，因为介电间隙和高绕组电流密度（Jw）直接取决于导体绝缘。通过差热分析（DTA）、热重分析（TGA）、扫描电子显微镜（SEM）、介电性能测量和输运临界电流（Ic）性能测量研究了绝缘。约29%的绝缘材料是聚合物。当Bi-2212/Ag线被完全热处理时，其在纯O2中缓慢加热至400°C时分解。在完全反应之后，我们发现TiO 2没有降低临界电流特性，很好地粘附到导体，并且提供>100 V的击穿电压，这允许测试线圈在31.2 T背景场中经受住淬火，同时提供2.6 T场增量。对于典型直径为1.0-1.5 mm的Bi-2212/Ag RW，这种~15 um厚的绝缘体允许~0.74的非常高的线圈填充因子，而早期的铝硅酸盐编织绝缘体仅允许0.38-0.48的填充因子。
2013-03-20 cond-mat.supr-con hep-ex physics.ins-det
Ripple field losses in DC biased superconductors: simulations and comparison with measurements
例如，在一些超导发电机、电动机和电力传输电缆中，超导体在DC背景中经历变化的磁场。从应用设计的角度来看，模拟这种交流纹波场引起的损耗是一项重要任务。在这项工作中，我们比较两个配方，$H$配方和最小磁能变化（MMEV配方），涡流模型（ECM）和临界状态模型（CSM）的基础上，分别在模拟直流偏置涂层导体带的纹波场损耗。此外，我们比较我们的模拟结果与测量。我们研究了基于幂律的ECM的磁滞损耗预测的频率依赖性，并通过测量验证，在DC使用中，ECM明显高估了涂覆的导体带中的电流密度分布的均匀化：局部电流密度的松弛在测量中不如在模拟中那么突出。因此，我们认为，幂律电阻率，作为\emph{local}之间的电场强度${\bf E}$和电流密度${\bf J}$在ECM的关系，不是高温超导体的本征性质。模型之间的差异表现为在非常低的AC场中的纹波场损耗模拟中的差异，其中涉及显著的DC场或电流。然而，结果也表明，对于许多实际情况，CSM和ECM都是合格的模型纹波场损耗仿真。
2014-02-11 cond-mat.supr-con
Critical Current Distributions of Recent Bi-2212 Round Wires
Bi-2212是唯一能够以非常理想的圆线（RW）形式达到6500 $\mathrm{A\cdot mm^{-2}}$的临界电流密度$J_{\text{c}}$（16 T，4.2 K）的高场高温超导体（HTS）。然而，最新技术水平的Bi-2212导体的临界电流密度（$J_{\text{c}}$）与破坏电流密度（$J_{\text{d}}$）之比仍然比最新技术水平的$\mathrm{Nb-Ti}$或REBCO低约20至30倍。以前，我们已经表明，最近的改善，在Bi-2212 RW $J_{\text{c}}$是由于改进的连接与优化的热处理过程中，最近由于过渡到一个更细，更均匀的粉末制造的Engi-Mat。连通性的一种定量测量可以是临界电流（$I_{\text{c}}$）分布，因为由于可变的涡旋-微结构相互作用以及诸如细丝形状变化、晶粒间连通性变化和阻塞二次相分布的因素，线中的局部$I_{\text{c}}$可以沿着长度变化。在此，我们将Bi-2212 RW的$\sim$ 0.1 m长$I_{\text{c}}$分布与最新技术水平的极高$J_{\text{c}}$ Engi-Mat粉末和较低$J_{\text{c}}$和较旧的Nexans ®粉末进行了比较。我们确实发现Bi-2212线的$I_{\text{c}}$散布是高$J_{\text{c}}$ $\mathrm{Nb-Ti}$的相…
2021-02-24 cond-mat.supr-con
Influence of the voltage taps position on the self-field DC and AC transport characterization of HTS superconducting tapes
电流-电压（I-V）曲线是超导导线或超导带材的基本特性。当样品稳定性差时，测量I-V曲线通常是有问题的。将电压分接头焊接到导体的有源部分会影响局部冷却的有效性，并且/或者在某些设备中可能难以进行，例如故障限流器和电缆，其中胶带紧密包装。为了克服这些问题，可以将电压抽头放置在超导体的有源区之外。我们通过仿真和实验证明，这种安排导致与标准的四点方法相同的结果，它提供了更详细的信息，样品保护。相同的布置也可以用于AC传输损耗测量。然而，在这种情况下，必须特别注意，因为电流引线中的涡流损耗对总测量损耗有贡献。我们使用数值模拟来评估涡流损耗对测量的交流损耗的贡献。借助于仿真，可以确定涡流损耗的贡献是否显著，并且可能优化电流引线以减少该损耗贡献。
2014-11-04 cond-mat.supr-con
Superconductor Dynamics
磁体技术中使用的超导体可以携带极强的电流，因为它们能够保持磁通量不动。与超导体相互作用的磁通量的动力学由这种性质控制。分析了圆形导线中的电输运和各种形状导线（圆形、椭圆形、板状）在外磁场中的磁化情况。对磁场穿透的阻力意味着由超导磁体产生的场不再与供应的电流成比例。它还导致电磁能量的耗散。在横向尺寸不等的导体中，例如扁平电缆，相对于磁场的方向起着至关重要的作用。通过将超导线的芯分裂成细丝可以减少磁化电流;然而，因此出现了耦合细丝的新型电流。基本公式允许定性分析各种磁通动态情况下。
2015-01-28 cond-mat.supr-con physics.acc-ph
Determination of I-V Curves of HTS Tapes From The Frequency Dependent AC Transport Loss
超导体的电流-电压特性通常通过标准的4探针直流测量技术来确定。然而，在涂覆的导体中，由于稳定性弱或没有稳定性，人们经常遇到问题，并且在这种情况下，当烧毁带的风险高时，4探针方法可能失败。在其他情况下，例如在HTS电缆结构中，除了脆弱性和高损坏风险之外，还可能难以利用通常用于表征单股的电源来实现高临界电流水平。因此，我们研究了另一种方法来确定直流I-V曲线，基于测量的交流传输损耗作为频率的函数在过临界电流范围内。在AC制度，滞后损耗分量和焦耳耗散都存在超过临界电流Ic的施加的传输电流。在这项工作中，在不同的频率下的交流损耗测量与不同的电场在直流和类似的直流I-V曲线得到。根据该曲线，估计功率指数N和Ic值。交流状态操作可能更有益，原因有二：首先，因为通过使用Transformer可以容易地实现非常高的电流;其次，因为超临界交流电流的有效焦耳热耗散比相同幅度的直流电流的有效焦耳热耗散低得多。在实验中，我们使用了一个4 mm宽的YBCO参考磁带与20 μm的铜稳定。为了与AC传输损耗进行比较，用标准4探针技术测量样品，并且即使在过载条件下也保持稳定。为了支持我们的研究，数值模拟，再现瞬态和稳态操作条件下，进行。在模拟中也观察到了类似的交流电流输运损失和I-V曲线之间的关系。
2015-11-26 cond-mat.supr-con
Efficient Numerical Modeling of the Magnetization Loss on a Helically Wound Superconducting Tape in a Ramped Magnetic Field
本文从理论上研究了斜变磁场中螺旋缠绕超导带材的磁化损耗与圆芯半径$R$和螺旋导体节距的关系。使用薄片近似，我们确定的二维方程，描述法拉第的感应定律在螺旋磁带表面的稳定状态。基于得到的基本方程，我们数值模拟电流流线和功率损失$P$每单位磁带长度上的螺旋磁带。对于$R \gtrsim w_0$（其中$w_0$是带宽度），$P$的模拟值接近于松散扭绞带的损耗功率$\sim(2/π)P_{\rm flat}$（其中$P_{\rm flat}$是平带的损耗功率）而饱和。这是通过在$w_0/R\rightarrow 0$的细灯丝极限下分析评估功率损耗来定量验证的。对于$R \lesssim w_0$，在减薄圆芯时，螺旋缠绕的带表现得更像圆柱形超导体，如由$w_0/R\rightarrow 2π$的圆柱极限中的公式所验证的，并且$P$从松散扭曲的带的值进一步减小，达到$\sim (2/π)^2 P_{\rm flat}$。
2019-11-19 cond-mat.supr-con physics.app-ph
Evidence for length-dependent wire expansion, filament dedensification and consequent degradation of critical current density in Ag-alloy sheathed Bi-2212 wires
众所周知，较长的Bi-2212导体比较短的导体具有显著较低的临界电流密度（Jc），并且最近已经清楚的是，这种降低的主要原因是在热处理期间产生的内部气体压力，该内部气体压力使线直径膨胀并且使Bi-2212细丝去致密化。在这里，我们报告的5至240厘米长度的国家的最先进的，商业银合金护套Bi-2212线完全和部分热处理后的长度依赖性膨胀。沿着金属丝长度的详细图像分析显示，金属丝直径随着距离末端的距离而增加，较长的样品通常显示出由内部气体压力引起的明显损坏和泄漏。通过比较在略低于熔点的温度下进行的热处理和通常的熔化工艺，可以清楚地看出，熔化对形成高内压至关重要。远离端部的Jc的衰减与局部线直径增加直接相关，这降低了局部Bi-2212细丝质量密度并降低了Jc，通常远超过50%。很明显，控制内部气体压力对于获得这些非常有前途的圆线的完全Jc是至关重要的，并且Bi-2212线的非常可变的性质是由于该内部气体压力迄今为止尚未得到良好控制的事实。
2013-02-14 cond-mat.supr-con
