湯啟升 周巧根 吳騰馬 張繼東 樊 凱 丁 祎 文雍梅

1（中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所 上海 201800）

2（中國科學(xué)院大學(xué) 北京 100049）

3（中國科學(xué)院上海高等研究院 上海 201204）

波蕩器是先進(jìn)光源上的關(guān)鍵設(shè)備。根據(jù)其磁場的來源可分為永磁波蕩器和超導(dǎo)波蕩器（Superconducting Undulator，SCU）。相比于永磁波蕩器，SCU在相同的磁隙下能產(chǎn)生更高的峰值磁場和K值，從而提高同步輻射或自由電子激光的性能［1-2］。國內(nèi)外一些單位對SCU研究投入了大量精力和時(shí)間，并取得了一系列成果，如德國的ANKA（ANgstrom Source KArlsruhe）、美 國 的APS（Advanced Photon Source）等光源上都已實(shí)現(xiàn)了SCU在電子儲存環(huán)上的運(yùn)行［2-4］；俄羅斯的BINP（Budker Institute of Nuclear Physics）研制了峰值磁場 為1.2 T的SCU樣 機(jī)［5］；上 海 同 步 輻 射 光 源（Shanghai Synchrotron Radiation Facility，SSRF）也研制成功了SCU模型機(jī)并已安裝到電子儲存環(huán)上。SHINE將建設(shè)三條波蕩器線，其中一條線由40臺磁體長度為4 m、周期長度為16 mm的SCUs組成，且可產(chǎn)生能量為10～25 keV的光子。

為驗(yàn)證技術(shù)的可行性，在批量生產(chǎn)之前進(jìn)行了SCU樣機(jī)的研制。該樣機(jī)有兩套冷卻回路，其中一套冷卻介質(zhì)為45 K低溫氦氣的回路，用來冷卻冷屏和二元電流引線等部件。另一套冷卻介質(zhì)為4.2 K液氦的回路，用來冷卻超導(dǎo)磁體、束流通道。由常導(dǎo)銅引線段和HTS段組成的二元電流引線用來連接恒溫器外部電纜與內(nèi)部低溫超導(dǎo)線圈，形成通電回路。由于HTS產(chǎn)生的焦耳熱非常小且其導(dǎo)熱系數(shù)小，較之于銅材引線可明顯降低由45 K溫區(qū)傳遞到4.2 K溫區(qū)的熱量。常導(dǎo)銅引線上有來自其熱端的漏熱以及通電后產(chǎn)生的焦耳熱，這些熱量如果沒有被有效傳遞走，會引起HTS升溫、失超。

目前，國際上研制、設(shè)計(jì)中的SCU都裝有制冷機(jī)且內(nèi)部置有液氦槽，即制冷系統(tǒng)與主機(jī)集成在一起，結(jié)構(gòu)上較為復(fù)雜［1-5］，其優(yōu)點(diǎn)是直接利用制冷機(jī)冷頭和液氦槽來冷卻電流引線［6-8］。在SHINE SCU樣機(jī)研制中，結(jié)合將來的工程條件將制冷系統(tǒng)與主機(jī)分開，即液氦和低溫氦氣都是經(jīng)由冷卻管來冷卻低溫部件。這簡化了SCU恒溫器的結(jié)構(gòu)，然而由于恒溫器內(nèi)部沒有制冷機(jī)冷頭和液氦槽，冷卻管需要通過一系列導(dǎo)冷組件來冷卻電流引線。

1 超導(dǎo)波蕩器樣機(jī)主體結(jié)構(gòu)

SCU樣機(jī)主要由磁體、電流引線組件、恒溫器（真空罐、冷屏、冷卻管）以及支撐臺等組成。目前，國際上光源裝置中無論是SCU還是超導(dǎo)扭擺器（Superconducting Wiggler，SCW）都采用了獨(dú)立的束流真空室，即束流真空與絕熱真空隔離［1，6-11］。為了實(shí)現(xiàn)1.58 T的峰值磁場，SHINE SCU的磁隙只有5 mm，無法放置獨(dú)立的束流真空室。兩條平行鋪設(shè)在磁體上的銅箔和夾在銅箔之間固定厚度的銅條組成了開放式束流室，即絕熱真空與束流真空連通。

真空罐中部有一個(gè)大法蘭接口用來連接冷卻管、電流引線等部件。冷卻管纏繞在冷屏和銅脖上并通過低溫傳輸管線連接到外部制冷系統(tǒng)形成冷卻回路。冷屏處于磁體與真空罐之間，采用4組（每組4根）對稱的不銹鋼空心拉桿固定在真空罐上，用來屏蔽真空罐的輻射熱，并冷卻磁體支撐桿中部、減少對磁體的漏熱。安裝在冷屏中部的銅脖用來固定并冷卻電流引線。

磁體處于恒溫器內(nèi)部的中心位置，通過5對沿磁體長度方向可平移的不銹鋼空心桿支撐。4根液氦管對稱分布在磁體的背面和側(cè)面上，通過低溫傳輸管線連接到外部液氦槽形成冷卻回路。SCU樣機(jī)各主要部件及它們的位置關(guān)系如圖1所示。

圖1 SHINE超導(dǎo)波蕩器樣機(jī)模型1-大法蘭接口，2-二元電流引線，3-銅脖，4-真空罐，5-冷屏，6-磁體，7-磁體支撐桿，8-支撐臺Fig.1 Model of SHINE SCU prototype1-Flange,2-Binary current leads,3-Copper neck,4-Vacuum chamber,5-Thermal shield,6-Magnet,7-Magnet support rods,8-Support platform

2 二元電流引線冷卻方案

SCU樣機(jī)共有5臺電源給超導(dǎo)磁體供電，這就需要5對（共10根）二元電流引線來連接磁體上的低溫超導(dǎo)線圈和大法蘭接口上的常溫電極法蘭。每根二元電流引線上都有一個(gè)連接銅塊固定在冷屏中部的銅脖上，用以電連接常導(dǎo)銅引線和HTS。HTS冷端連接在磁體上，由低溫磁體對其冷卻。常導(dǎo)銅引線上熱端傳導(dǎo)漏熱以及通電后的焦耳熱都要經(jīng)連接銅塊后再傳遞到銅脖上。

由于在實(shí)際工藝中冷卻管纏繞銅脖時(shí)無法實(shí)現(xiàn)完全的理想接觸，因此需采用導(dǎo)冷組件來傳遞熱量。纏繞在銅脖上的兩根冷卻管均為低溫氦氣入口段，而出口段避開了銅脖，這樣避免了冷屏上其他熱負(fù)載對電流引線的影響。由于HTS的冷端與磁體在降溫過程中會有相對位置改變，采用柔性導(dǎo)冷帶將其冷端與磁體連接進(jìn)行冷卻。二元電流引線的冷卻方案示意如圖2所示。

圖2 二元電流引線冷卻設(shè)計(jì)示意圖1-常導(dǎo)銅引線，2-連接銅塊，3-高溫超導(dǎo)引線，4-超導(dǎo)線圈引線，5-冷卻管（45 K），6-氮化鋁，7-銅脖，8-導(dǎo)冷銅塊，9-導(dǎo)冷帶，10-磁體固定框（4.2 K），11-磁體Fig.2 Schematic diagram of cooling design for binary current lead1-Normal conductive copper lead,2-Connecting block,3-HTS,4-Superconducting wire,5-Cooling tube(45 K),6-AlN block,7-Copper neck,8-Thermal conduction copper block,9-Thermal conduction belt,10-Magnets fixture(4.2 K),11-Magnet

導(dǎo)冷組件由導(dǎo)冷銅塊、銅脖以及氮化鋁片組成。銅脖通過對稱的4套螺栓組件固定在冷屏上、接觸面很小，這樣避免了冷屏與銅脖之間的相互熱影響；一系列不同規(guī)格的導(dǎo)冷銅塊填實(shí)銅脖和冷卻管之間的縫隙；氮化鋁片裝夾在銅脖和連接銅塊之間用以電絕緣，并且其導(dǎo)熱系數(shù)高［12］、導(dǎo)冷效果好。為了減少中間傳熱接觸面的數(shù)量，銅脖是在一個(gè)整塊無氧銅毛坯上切割而成的外壁圓形、內(nèi)壁多邊形結(jié)構(gòu)，這樣氮化鋁片可直接貼合在銅脖的內(nèi)壁平面上。設(shè)計(jì)時(shí)將10根電流引線在滿足結(jié)構(gòu)上位置要求的同時(shí)盡量均布在冷卻銅脖上以均散熱量。冷卻組件結(jié)構(gòu)以及二元電流引線在恒溫器內(nèi)的安裝情況如圖3所示。

圖3 電流引線的冷卻結(jié)構(gòu)(a)導(dǎo)冷組件結(jié)構(gòu)，(b)高溫超導(dǎo)引線（HTS）連接，(c)引線連接Fig.3 Cooling structure of current lead(a)Structure of thermal conduction assembly,(b)HTS connecting,(c)Copper leads connecting

3 二元電流引線熱負(fù)載及溫度仿真

對于45 K溫區(qū)，二元電流引線產(chǎn)生的熱負(fù)載主要包括：1）常導(dǎo)銅引線的熱端以熱傳導(dǎo)方式產(chǎn)生的漏熱；2）常導(dǎo)銅引線在通電流后產(chǎn)生的焦耳熱。由真空罐對電流引線產(chǎn)生的輻射熱相對很小，計(jì)算中不作考慮。

擬選用低溫氦氣的工作參數(shù)如表1所示。其中，密度、比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)以及粘滯系數(shù)數(shù)值參考美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（National Institute of Standards and Technology，NIST）WebBook公布。氦氣冷卻管由Al5083材料拉制而成，其內(nèi)徑為20 mm、壁厚3 mm。低溫氦氣與冷卻管之間的傳熱屬于單相強(qiáng)制對流換熱，且管內(nèi)氦氣已處于充分發(fā)展的湍流狀態(tài)。參考式（1）～（3）［13］來估算管壁上的平均對流換熱系數(shù)：

表1 低溫氦氣的主要參數(shù)Table 1 Main parameters of low-temperature helium gas

式中：h為對流換熱系數(shù)；Nu為努塞爾數(shù)；Re為雷諾系數(shù)；Pr為普朗特?cái)?shù)；λ為導(dǎo)熱系數(shù)；d為冷卻管內(nèi)徑；u為氦氣流速；v為運(yùn)動粘滯系數(shù)；μL為動力粘滯系數(shù)；ρL為氦氣密度；Cp為氦氣比熱容。最后算得冷卻管內(nèi)壁上的平均對流換熱系數(shù)約為418 W·m-2·K-1。

10根二元電流引線中，有8根大負(fù)載引線通400 A電流、2根小負(fù)載引線通50 A電流。根據(jù)冷屏與真空罐之間的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)系設(shè)定常導(dǎo)銅引線的長度為400 mm，這樣其橫截面積就決定了由熱傳導(dǎo)和電阻產(chǎn)生的總熱負(fù)載。在穩(wěn)態(tài)熱平衡狀態(tài)下，銅引線上經(jīng)過任一截面的總熱流量與內(nèi)熱源應(yīng)滿足式（4）［14］：

式中：k為銅的導(dǎo)熱系數(shù)；ρ為銅的電阻率；A為橫截面積；I為電流；T為溫度；x為任一橫截面以常導(dǎo)銅引線熱端為0點(diǎn)的長度坐標(biāo)值。銅引線上任一橫截面的熱流量由式（5）［14］表示：

由于常導(dǎo)銅引線上的溫度沿著軸線方向上變化，而ρ、k又隨著溫度而變化，式（1）和式（2）很難直接求得解析解。利用ANSYS中的熱電耦合模塊來對銅引線熱負(fù)載進(jìn)行仿真優(yōu)化。由于銅脖與冷屏之間熱傳遞量非常小，在仿真時(shí)只考慮常導(dǎo)銅引線、連接銅塊、銅脖、冷卻管以及低溫氦氣之間的傳熱。結(jié)合材料實(shí)際獲取的難易度，選擇了6組線徑分別為5 mm、6 mm、7 mm、8 mm、9 mm、10 mm的銅引線模型進(jìn)行仿真。

仿真中將剩余電阻率比值（Residual Resistivity Ratio，RRR）為80的銅物性加載到銅引線、銅脖以及導(dǎo)冷銅塊模型上，利用CRYOCOMP軟件［15］得到導(dǎo)熱系數(shù)以及電阻率如圖4所示。冷卻管上各部分溫差很小，仿真中其導(dǎo)熱系數(shù)在50 K左右下選取定值為40 W·m-1·K-1（數(shù)值參考NIST公布）。

圖4 RRR=80銅的導(dǎo)熱系數(shù)和電阻率變化曲線Fig.4 Variation curve of thermal conductivity and resistivity of copper(RRR=80)

仿真中對引線冷卻結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行了簡化：以弧面圓環(huán)替代銅脖一周的導(dǎo)冷銅塊，該圓環(huán)兩側(cè)的弧面分別與銅脖和冷卻管模型貼合，中心厚度選取為實(shí)際導(dǎo)冷銅塊中的最大值3 mm；兩個(gè)半圓管替代冷卻管，圓管截面尺寸與冷卻管一致。仿真模型上加載的邊界條件如圖5所示。最后仿真得到不同常導(dǎo)銅引線直徑下熱負(fù)載情況如圖6所示。

圖5 電流引線冷卻結(jié)構(gòu)仿真邊界條件Fig.5 Simulation boundary conditions for cooling structure of current lead

圖6 不同直徑銅引線下的熱負(fù)載Fig.6 Heat load of copper leads with different diameter

通過仿真結(jié)果可以看出：1）在這6個(gè)規(guī)格中線徑7 mm的銅引線總熱負(fù)載最小，為212 W；2）線徑大于等于7 mm時(shí)銅引線上的漏熱比焦耳熱大，線徑小于等于6 mm時(shí)漏熱比焦耳熱小。結(jié)合以上兩點(diǎn)可知，理論上最優(yōu)的線徑介于6～7 mm之間，此線徑下漏熱和焦耳熱相同、總熱負(fù)載最小，并從圖6上可以推出最小熱負(fù)載應(yīng)在200 W左右。由于線徑在6～8 mm區(qū)間的總熱負(fù)載相差并不大，考慮到項(xiàng)目的工程進(jìn)度，最后選擇廠家現(xiàn)成的直徑8 mm無氧銅線作為SCU樣機(jī)的常導(dǎo)引線。仿真得該10根常導(dǎo)銅引線產(chǎn)生的總熱負(fù)載為228 W，其中漏熱175 W、焦耳熱53 W。二元電流引線、銅脖在無電流和滿電流情況下的溫度分布如圖7所示。為了清楚地顯示電流引線及銅脖上的溫度分布，圖7中隱藏了冷卻管的溫度。

圖7 引線冷卻結(jié)構(gòu)溫度分布(a)無電流，(b)滿電流Fig.7 Temperature distribution of cooling structure of current leads(a)With no current,(b)With full current

從仿真中得到的幾個(gè)主要溫度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如表2所示。從表2看出，滿電流下HTS熱端（常導(dǎo)銅引線與連接銅塊的接頭處）平均溫度與低溫氦氣之間的溫差近8 K。

表2 仿真得引線冷卻結(jié)構(gòu)主要溫度Table 2 Main simulated temperature of cooling structure of current leads

4 二元電流引線降溫通電測試

為了檢驗(yàn)二元電流引線的冷卻方案，在磁體正式裝入恒溫器之前，對二元電流引線進(jìn)行了降溫通電測試。整套測試裝置主要由恒溫器、制冷系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、溫度監(jiān)測以及失超保護(hù)系統(tǒng)組成。

電流引線安裝在恒溫器內(nèi)的銅脖上，通過電極法蘭與外電纜連通。HTS上布置了電壓監(jiān)測，一旦HTS失超其兩端便會產(chǎn)生電壓，繼而引起失超保護(hù)系統(tǒng)響應(yīng)并自動關(guān)閉電源。由于恒溫器內(nèi)還沒有裝入磁體、HTS的冷端沒有連接低溫超導(dǎo)磁體的引線，為此制作了5根輔助超導(dǎo)件將10根HTS的冷端成對連接起來以形成電流回路。每根輔助超導(dǎo)件由4根超導(dǎo)帶材焊接在一個(gè)4面有凹槽的銅條上制得。利用輔助超導(dǎo)件來連接HTS可降低通電中產(chǎn)生的焦耳熱。導(dǎo)冷銅帶將HTS冷端與冷屏連接起來以冷卻輔助超導(dǎo)件與HTS的接頭。HTS冷端在測試中的連接情況如圖8所示。

圖8 HTS冷端在測試狀態(tài)時(shí)的電連接Fig.8 Electric connection of HTS cold end in the cryostat test

制冷系統(tǒng)由1臺斯特林制冷機(jī)、1個(gè)氦氣閥箱和若干低溫傳輸管線組成。閥箱與制冷機(jī)之間有1道回路進(jìn)行氦氣循環(huán)制冷。從閥箱引出4根低溫傳輸管線連接到恒溫器冷屏上的兩根冷卻管上，形成兩道氦氣冷卻回路。在測試中制冷系統(tǒng)提供的低溫氦氣溫度為45 K、流量19～20 g·s-1、壓力0.4 MPa。降溫通電的測試現(xiàn)場情況如圖9所示。

圖9 電流引線降溫通電測試Fig.9 Cooling and powering test for current leads

測試中選用了Lake Shore公司型號分別為CX-1030-CU和PT-103-AM的兩種溫度傳感器。其中，CX-1030-CU傳感器的測量范圍為2～325 K，布置在靠近10根HTS熱端處以及銅脖內(nèi)、外壁上；PT-103-AM傳感器的測量范圍為14～873 K，安裝在兩根冷卻管的進(jìn)、出口以及冷屏上。銅脖內(nèi)、外壁在周向上各等間隔地布置了3個(gè)傳感器，每個(gè)傳感器處于兩根引線連接銅塊之間。在45 K溫區(qū)下這兩種型號的傳感器校準(zhǔn)精度都好于±30 mK，然而安裝表面的潔凈度和平面度、安裝壓力大小以及螺釘材料等因素都會影響到最終的測量精度。

測試中10根電流引線的編號設(shè)定為從HTS1到HTS10。連接成通電回路的HTS依次為：HTS1-HTS2、HTS3-HTS4、HTS5-HTS6、HTS7-HTS8、HTS9-HTS10，其中前4對加載400 A大電流，最后一對加載50 A小電流。測試中電流引線在銅脖上的分布如圖10所示。

圖10 測試中10根電流引線在銅脖上的分布Fig.10 Layout of 10 current leads on the copper neck in test

5 測試結(jié)果及分析

降溫過程中10根HTS熱端的溫度變化曲線如圖11（a）所示。HTS熱端平均溫度與冷卻管入口處溫度、銅脖平均溫度對比曲線如圖11（b）所示。

通電過程中10根HTS熱端的溫度變化曲線如圖12（a）所示。HTS熱端平均溫度與冷卻管入口處溫度、銅脖平均溫度對比曲線如圖12（b）所示。

從圖11（a）的降溫曲線中看出，10根HTS在降溫5 h后溫度已基本穩(wěn)定。其中HTS2熱端溫度71 K、HTS6熱端溫度78.4 K，其他HTS熱端測得溫度分布在56.4～62.4 K。不計(jì)HTS6算得其他9個(gè)HTS熱端溫度平均值為61.8 K。從圖11（b）溫度對比曲線中看出，銅脖與冷卻管入口處之間平均溫差ΔT1為5.2 K、HTS熱端與銅脖之間平均溫差ΔT2為11.6 K。出現(xiàn)這樣情況原因如下：銅脖外壁一圈布滿了導(dǎo)冷銅塊并與冷卻管接觸，導(dǎo)熱面積大；又因?yàn)殂~的導(dǎo)熱系數(shù)大，由引線連接銅塊傳遞到銅脖上的熱量很快散開，溫度分布比較均勻。而引線的連接銅塊離散分布在銅脖內(nèi)壁上，并且熱量只是通過連接銅塊與銅脖之間一層導(dǎo)熱系數(shù)相對較低的氮化鋁片傳遞。因此在傳遞熱量相同的情況下ΔT1要比ΔT2小了很多。

圖11 降溫過程中HTS熱端溫度變化(a)，HTS熱端平均溫度、冷卻管入口處溫度以及銅脖平均溫度對比(b)Fig.11 Temperature curves of HTS hot end during cooling down(a),average temperature comparison of HTS hot end,cooling tube entrance and copper neck(b)

從圖12（a）中看出：1）電流在40 min時(shí)間內(nèi)從0 A到滿載（4對400 A、1對50 A）過程中，HTS熱端溫度成近似拋物線趨勢升高。滿載下維持30 min后，溫度基本上都已達(dá)到平衡，且電流引線均正常工作。2）兩根小負(fù)載引線HTS9、HTS10熱端較之于通電之前溫升分別為1.6 K、2 K；8根大負(fù)載引線HTS中，熱端最小和最大溫升分別為1.6 K、4.8 K，可見，大、小負(fù)載引線上的熱端溫度在加滿電流后依然差別不大。從圖12（b）中看出，9根HTS（不計(jì)讀數(shù)偏大的HTS6）的熱端平均溫升2.9 K，這說明引線的焦耳熱相對較小，主要熱量來源于常導(dǎo)銅引線段的漏熱；通電后ΔT1、ΔT2分別為6.9 K、12.1 K，較通電前提升量分別為1.7 K、0.5 K。ΔT1比ΔT2提升量大說明通電對冷卻管入口處溫度影響很小。另外，通電前測量值較高的HTS2、HTS6熱端溫度分別從71 K、78.5 K提升到75.8 K、80.5 K。這兩根大負(fù)載HTS在滿載情況下均沒有失超，且溫度讀數(shù)隨電流變化的響應(yīng)正常，推斷這兩個(gè)測量值偏高的原因是溫度探頭沒有安裝好導(dǎo)致。

圖12 通電過程中HTS熱端溫度變化(a)，HTS熱端平均溫度、冷卻管入口處溫度以及銅脖平均溫度對比(b)Fig.12 Temperature curves of HTS hot end during powering up(a),comparison of average temperature of HTS hot end,temperature in cooling tube entrance,and temperature in copper neck(b)

在仿真與測試兩種情況下銅脖溫度相近，而實(shí)測的HTS熱端溫度比仿真時(shí)高了近11 K，主要因?yàn)榉抡鏁r(shí)忽略了氮化鋁片兩側(cè)接觸面熱阻影響，實(shí)際中相關(guān)導(dǎo)冷部件接觸面的加工、裝配質(zhì)量并沒有達(dá)到理想要求；另外仿真與實(shí)際使用材料的物性差別、測量誤差等也起到影響。

由于測量誤差、測量點(diǎn)有限等因素影響，很難獲得銅脖上準(zhǔn)確的熱負(fù)載，在此進(jìn)行了估算：測試中得到閥箱上氦氣進(jìn)、出口溫差為2.4 K，據(jù)此將纏繞銅脖上的冷卻管內(nèi)氦氣平均溫度視作（實(shí)際低于）47.4 K。另外，纏繞在銅脖一周的冷卻管段與銅脖之間利用中心壁厚僅1～3 mm的弧面銅塊連接，傳熱面積大、距離短，因此銅脖與纏繞其上的冷卻管段之間溫差很小。將該段管內(nèi)壁溫度近似于銅脖平均溫度52.6 K，這樣氦氣與管壁之間平均溫差ΔT為5.2 K。利用氦氣與管壁之間的換熱系數(shù)、冷卻管內(nèi)表面面積以及氣、壁之間溫差，根據(jù)式（6）［13］可推算熱負(fù)載值。

式中：h為冷卻管內(nèi)壁換熱系數(shù)418 W·m-2·K-1；S為兩根冷卻管纏繞銅脖一周的總內(nèi)壁面積0.086 m2。最后算得銅脖上的熱負(fù)載P為187 W。

顯然上述方法推算的熱負(fù)載偏低。另外利用閥箱上氦氣的進(jìn)、出口2.4 K溫差、20 g·s-1流量，不計(jì)低溫傳輸管線的漏熱，根據(jù)比熱容公式可推算出在銅脖和冷屏上產(chǎn)生的總熱負(fù)載約為251 W，由此可知，銅脖上的熱負(fù)載應(yīng)低于此值。

6 結(jié)語

不同于目前國際上其他SCU利用制冷機(jī)冷頭冷卻電流引線的形式，針對SHINE SCU樣機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)了低溫氦氣冷卻管對二元電流引線進(jìn)行集中導(dǎo)冷式冷卻方案；利用安裝在冷屏中部的導(dǎo)冷組件來傳導(dǎo)銅引線上產(chǎn)生的熱量；通過仿真優(yōu)化了銅引線的熱負(fù)載，結(jié)合工程實(shí)況選定常導(dǎo)銅引線直徑為8 mm并算得銅脖上產(chǎn)生的總熱負(fù)載為228 W。該SCU樣機(jī)的恒溫器研制出來后進(jìn)行了降溫通電測試。從測試結(jié)果看，加滿電流后所有二元電流引線均能正常工作。實(shí)測HTS熱端與低溫氦氣之間低于20 K的溫差符合工程預(yù)期效果，并根據(jù)測試數(shù)據(jù)推算電流引線熱負(fù)載值范圍在187～251 W。測試結(jié)果表明：電流引線的冷卻方案可行，在現(xiàn)有的制冷條件下足以保證該SCU樣機(jī)上的二元電流引線正常運(yùn)行。

作者貢獻(xiàn)聲明湯啟升：負(fù)責(zé)整體方案設(shè)計(jì)和優(yōu)化、試驗(yàn)部件的制造、數(shù)據(jù)的整理和分析、文章起草和最終版本的修訂；周巧根：負(fù)責(zé)整體方案設(shè)計(jì)校核、文章校核；吳騰馬：負(fù)責(zé)試驗(yàn)條件的準(zhǔn)備；張繼東：負(fù)責(zé)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集；樊凱：負(fù)責(zé)加工圖紙的繪制、試驗(yàn)現(xiàn)場管理；丁祎：負(fù)責(zé)試驗(yàn)部件的制造；文雍梅：負(fù)責(zé)加工圖紙的繪制。