REBCO Insert Coils Toward High-Field, Large-Bore Magnet for Quantum Physics Research

磁铁 液氦 核工程 材料科学 电磁线圈 超导磁体 超导电性 工程物理 机械工程 固体氮 相(物质) 凝聚态物理 电气工程 物理 工程类 原子物理学 量子力学 氮气
作者
Yi Li,Siwei Chen,Yufan Yan,B. Berlinger,Ryan Matthiessen,Yuhu Zhai
出处
期刊:IEEE Transactions on Applied Superconductivity [IEEE Council on Superconductivity]
卷期号:34 (5): 1-5 被引量:5
标识
DOI:10.1109/tasc.2024.3350598
摘要

High-temperature superconducting (HTS) magnets offer a promising solution for generating high magnetic fields efficiently and economically, serving as a vital component in nextgeneration scientific instruments and carbon-neutral power systems, notably in cost-effective compact fusion reactors. These high magnetic fields play a pivotal role in advancing research on quantum materials, particularly in elucidating the intricate electronic states near magnetic phase transitions. Here, this paper delves into the research conducted at the Princeton Plasma Physics Laboratory, which is divided into three phases aimed at overcoming technical hurdles in creating large-bore, high-field HTS magnets for cutting-edge quantum physics research. In Phase 1, we designed, constructed, and tested a compact REBCO solenoidal magnet comprising six double-pancake coils featuring a 41.3-mm inner diameter and a 70.0-mm outer diameter. It adopts a no-insulation approach to ensure electrical and thermal stability. Successful testing in a saturated liquid nitrogen bath confirmed its capability to generate a 0.8-T field at 77 K and 2 T at 65 K, with ongoing integration into liquid helium testing. Building on this experience, Phase 2 involves the design of an HTS insert coil, intended to nest within a 12-T low-temperature superconducting (LTS) outsert to achieve a minimum of 20 T at 4.2 K. The focus of Phase 2 centers on addressing challenges posed by screening-current (SC) effects, particularly the associated stress/strain issues. Employing a numerical model that fully couples the SC and mechanical analysis, we discuss strategies for managing stress to mitigate the effects of SCinduced stress concentrations.
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