GB/T 21546-2008 铌钛复合超导体的直流临界电流测量

ICS77．040．01

H21

a雷

中华人民共和国国家标准

2161788-1：2006

GB／T546--2008／IEC

铌钛复合超导体的直流临界电流测量

Criticalcurrentmeasurement--

DCcriticalcurrentofNb—Ti

compositesuperconductors

currentmeasurement--

(IEC1：Critical

Superconductivity--Part

DCcriticalcurrentofNb—Ti

composite

2008-03-32008-1

1发布1-01实施

宰瞀髁鬻瓣警糌赞星发布中国国家标准化管理委员会促19

61788—1：2006

GB／T21546--2008／IEC

鄢昌

本标准是根据国际电工委员会制定的国际标准IEC61788—1：2006(铌钛复合超导体的直流临界电

流测量》制定的，在技术内容上与该国际标准等同。

为了让使用者了解本标准中的术语和GB／T

13811--2003(电工术语超导电性》的对应关系，本标

13811

准中各术语的条目中都注明有GB／T2003的条目编号。GB／T13811—2003与国际电工委员

会制定的国际标准IEC60050(815)在技术内容上等同。

本标准的附录A、附录B和附录D为资料性附录，附录C为规范性附录。

本标准由国家超导技术联合研究开发中心和全国超导标准化技术委员会提出。

本标准由全国超导标准化技术委员会归口。

本标准负责起草单位：中国科学院电工研究所和国家超导技术联合研究开发中心。

本标准参加起草单位：中国科学院微系统与信息技术研究所、北京有色金属研究总院、中国科技大

学、西北有色金属研究院。

本标准主要起草人：林良真、惠东、刘宜平、张宏、华崇远、曹烈兆、汪京荣。

本标准首次发布。

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GB／T21546--2008／IEC

引言

复合超导体的临界电流能够为超导线的应用提供设计参考。在实际应用中，超导体的性能取决于

其运行条件。本标准的测试方法可以为给定超导体的适用性提供部分有用信息。

依据本标准所测得的结果也可以用于检定复合超导体在制备过程、储运、老化或种种使用及外界因

素下所引起的超导特性变化。而本标准测量方法对于质量控制、验收以及研究也非常重要。

复合超导体的临界电流受许多因素影响。在材料的测试和应用中需要对这些因素给以充分考虑。

测试条件如磁场、温度和样品一电流一磁场间相对取向等，要根据具体的应用来确定。在允许的误差范围

内，可根据特定样品的情况来确定测试系统的配置。而具体的临界电流判据可按实际应用状况确定。

如果测试中出现有不规律的情况，则需要通过测量一定数量的样品来获得测试结果。

Ⅱ

GB／T21546--2008／1EC61788-1：2006

铌钛复合超导体的直流临界电流测量

1范围

本标准测试方法适用于测定铜一超比大于1的铜／铌钛(Cu／Nb-Ti)复合超导体的直流临界电流，也

绍测量铜／铜镍／铌钛(Cu／Cu—Ni／Nb—Ti)超导体时所需特别遵从的规定。

本标准测试方法适用于在标准的测试条件下超导体所处的磁场小于或等于其上临界磁场的

000

0．7倍、临界电流小于1A、n值大于12的超导体。测量时，被测样品应浸泡在已知温度的液氨中。

被测导体应为圆形或矩形截面的一体化超导线，其截面积小于2mm2。被测样品应具有螺旋线圈几何

形状。本标准还给出在日常测试中为本实验方法所允许的偏离以及其他具体限定。

临界电流大于1000

A或者截面积大于2mm2的导体也可以使用本方法测量，但测量不确定度会

增大，且自场效应更明显(见附录B)。此外，为了简单和保持比较低的测量不确定度，本标准不涉及对

于大截面导体可能更适合的特殊样品形状。

本标准给出的测量方法经过适当修改可适用于测定其他类型复合超导线的临界电流。

2规范性引用文件

下列文件中的条款通过在本标准中的引用而构成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随

后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各

方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本使用于本标准。

GB／T

13811—2003电工术语

3术语和定义

GB／T

13811--2003确立的以及下列术语和定义适用于本标准。

3．1

current

临界电流critical

Ic

在超导体中，被认为是无阻通过的最大直流电流。

注；Jc是磁场强度和温度的函数。

3．2

currentcriterion

临界电流判据critical

criterion

Jc判据Jc

根据电场强度E或电阻率P确定临界电流的判据。

注：常用的电场强度判据为E吉10pV／m或E一100

pWm，电阻率判据为P=10-13n·m或P一10叫‘n·m。

3．3

a

[超导体的]n-值n-value(of

superconductor)

n

oc

在特定的电场强度或电阻率区间，超导体的电压一电流曲线u(j)可近似表示为U11，其中I的

幂指数就是超导体的”值。

1

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GB／T21546--2008／IEC

3．4

失超quench

超导体或超导器件由超导态到正常态的不可控和不可逆的转变。

注：该术语通常用于超导磁体。

3．5

wire

三组元超导线three-componentsuperconducting

由一种超导组元和两种常导基体材料组成的复合超导线。

注：这一术语主要用于Cu／Cu-Ni／Nb—Ti复合超导体。

3．6

(磁通涡旋上的)洛伦兹力Lorentzforce(onfluxons)

电流作用于磁通涡旋上的力。

注1：单位体积的洛伦兹力为，xB。J是电流密度，B是磁通密度。

注2：“洛伦兹力”定义见IEV121—11-20．[‘3

3．7

(复合超导体的)电流转移currenttransferCof

compositesuperconductor)

在复合超导体中直流电流在芯丝问转移导致沿导体产生电压的现象。

注：在测量k时，该现象一般出现在邻近电流接点区域，在该区域输人电流从表面沿导体向内部流动直到实现在

芯丝问均匀分布。

3．8

ratemethod

恒定速率升流法constantsweep

以恒定升流速率为样品提供直流电流，在电流从零升到略大于临界电流J。值的过程中，以一定的

采样频率采集U-I数据的方法。

3．9

method

升流一恒流一升流法ramp-and-hold

根据测试需求，沿U-I曲线设定多个恰当分布的点，电流从一个设定点升流到另一个设定点后再保

持一定时间的恒流，同时记录若干相应的电流和电压值，然后继续升流到后续设定点。

4原理

复合超导体的临界电流是通过样品处于恒压状态和特定温度下的致冷液槽中，并在一定外加静磁

通以直流电流，并测量沿一段超导样品所产生的电压。电流从零增加，并记录所产生的U-I特性。达到

设定的临界电场强度(电场)判据(Ec)或者电阻率判据(阳)所对应的电流值即为临界电流值。无论Ec

或氏判据，对于一定间距的电压抽头之间都有相对应的电压判据(u。)。

5要求

进行超导体临界电流测量时，将直流电流(D通过超导体样品，然后测量样品上一段的电压降(u)。

电流应从零开始逐渐增加，并记录样品的电压一电流(U-J)特性。

应施加足够张力或使用低温粘接剂将样品固定在样品骨架上。

注1：对于铜／铜镍／铌钛(Cu／Cu-Ni／Nb—Ti)超导体，应按附录C．2．1的要求进行。

本方法的目标不确定度定义为一个变化系数(标准偏差除以临界电流测定结果的平均值)，在实验

室间比对测量时，它不应超过3％。

注2；对于铜／铜镍／铌钛(Cu／Cu-Ni／Nb-Ti)超导体的目标不确定度处理，应按附录c．2．2的要求进行。

2

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GB／T21546--2008／IEC

本测试方法不采用通用的电流转移修正。此外，如果在测试中出现明显的电流转移，测量结果应视

为无效。

本测量标准的使用者有责任考虑并建立适当地保证安全和健康的操作规程，并在使用前确定规程

的适用性。一些具体的注意事项陈述如下：

在此类测量中存在不安全因素。低压大电流虽不足以造成直接人身危害，但是，如果电流引线与其

他导体如工具或输液管发生短路，会释放巨大能量并引发电弧或燃烧。因此，必须采用适当的绝缘和隔

离措施以防止电流引线短路。同样，提供背景磁场的超导磁体其储能也会引发类似的大电流和／或高电

压脉冲，或者，在低温系统中释放出大量热能，导致液体快速挥发甚至发生爆炸。而致冷剂的快速挥发

会致使邻近区域出现缺氧状态，因此，可能需要增加通风设备。低温液体是用来冷却超导体使其转变为

超导态，当溅射出的致冷剂与皮肤直接接触时，会灼伤皮肤。同样，皮肤与输液管、储液杜瓦容器等设备

发生直接接触时，也能导致冻伤。若实验操作不当，液氨储液杜瓦的压力阀出口有可能被冷冻的水或空

气堵塞，致使杜瓦容器过压。尽管有一般的安全装置，储液杜瓦仍会损坏。在使用和处理低温液体时必

须要遵守安全防范措施。

6测量装置

6．1样品骨架材料

样品骨架应由绝缘材料或非铁磁导电材料制作，非铁磁导电材料可以覆盖绝缘层，也可以不覆盖绝

缘层。

在测试温度下，由于样品骨架和样品热收缩性不同，在样品上产生的张应变不应超过0．2％。

附录A推荐了几种适合于制作样品骨架的材料，可选用其中任何一种。

注1：对于铜／铜镰／铌钛(Cu／Cu-Ni／Nb—Ti)超导体．应按附录C．2．3的要求进行。

在使用无绝缘层的导电材料制作样品骨架时，通过样品骨架的漏电流应小于样品达到临界电流J。

时总电流的0．2％(见附录A．3．1)。

注2：对于铜／铜镍／铌钛(Cu／Cu-Ni／Nb—Ti)超导体。应按附录c．2．4的要求进行。

6．2样品骨架结构

样品骨架的直径应大于24mm，并满足弯曲应变的限制(见7．2)。

在样品骨架上最好刻有螺旋沟槽，样品应绕在其中。沟槽的螺旋角应小于7。。

如果在绕制样品时没有使用螺旋沟槽，也应满足同样的螺旋角要求。这样绕制样品方法可能使样

品得不到足够的支撑，并且样品的螺旋角会有较大的变化(见7．2)。

样品轴线(电压抽头之间的部位)与磁场的夹角应为(90。±7。)。此夹角测定的合成标准不确定度

应不超过1。。

电流引线固定环应牢牢固定在样品骨架上，以避免电流引线固定环与样品骨架间的过渡区上的样

品应力集中。

7样品准备

7．1样品固定

在绕制样品时，应施加张力和／或用低温粘接荆(诸如硅真空脂、Apiezono真空脂或环氧树脂)将样

品紧固在样品骨架上，以减小样品移动。采用低温粘接剂固定样品时，粘接剂用量应尽量少。在样品固

定好以后，应将样品外表面多余的粘接剂擦去。

注1：对于铜／铜镍／铌钍(Cu／Cu-Ni／Nb—Ti)超导体，应按附录C．2．5的要求进行。

3

GB／T21546--2008／IEC61788-1；2006

应通过检验临界电流测量的重复性是否达到应有的要求来判断样品的固定是否合适。

不应使用焊料将样品固定在电流引线固定环间的样品骨架上。

注2：对于铜／铜镍／铌钛(Cu／Cu-Ni／Nb—Ti)超导体．应按附录C．2．6的要求进行。

7．2样品安装

测试的样品不应有接头或折痕。

样品的截面积s应使用垂直于导体轴线的横截面来确定，其测量相对合成标准不确定度不应超过

2．5％。

样品导线应绕成小的螺旋线圈形状。绕制样品时不应使样品发生额外的扭曲。

对于矩形截面导线，样品绕成的线圈应使外加磁场平行于样品的宽面。

为了确保样品能牢牢嵌在沟槽中，线圈绕制过程中应施加一定的张力，该张力在导线上产生的张应

变应不大于0．1％(见附录D)。

注1：对于铜／铜镍／铌钛(Cu／Cu-Ni／Nb—Ti)超导体，应按附录C．2．7的要求进行。

安装样品时所产生的最大弯曲应变应不超过3％。

应将样品导线的两端用焊料焊接在电流引线固定环上。固定环上样品焊接的最小长度应选

40mm、30倍样品直径或30倍样品厚度中的最大值。

焊在每个电流引线固定环上的样品不应超过三匝。

电流引线固定环与电压抽头之间最短距离应大于40film。

电压抽头应焊在样品上。电压抽头的未扭绞部分应按与样品绕制方向相反的方向布置，以使样品

电流回路与样品和电压抽头所形成的回路区域问的互感为最小，如附录A中图A．1所示。

电压抽头间沿样品的长度L，其测量相对合成标准不确定度不应超过2．5％。电压抽头间距应大

于50mm。

为进行试验，应将样品和样品骨架安装在由液氨杜瓦、磁体和其支撑结构、以及样品支撑结构组成

的实验低温容器中。

8测试步骤