书名：磁约束聚变超导磁体工程设计与分析方法
定价：188.0
ISBN：9787030815682
作者：郑金星
版次：1
出版时间：2026-07

内容提要：

磁约束核聚变是解决人类能源挑战的重要路径之一，而高场超导磁体系统作为其装置的核心部件，对实现聚变点火与提升功率输出起着决定性作用。本书作者长期致力于磁约束聚变堆大型高场超导磁体系统的研究，在总结十余年研发成果与工程经验的基础上，系统撰成本书。全书围绕磁约束聚变超导磁体的工程设计与分析方法展开，重点介绍了超导材料特性、磁体设计准则、电磁与结构设计、交流损耗计算、热工水力设计与稳定性分析，以及失超检测与保护等关键内容。

目录：
目录
序
前言
第1章 可控磁约束核聚变的发展历程 1
1.1 可控核聚变的优势 1
1.1.1 聚变反应的原理 1
1.1.2 聚变能源对环境的影响 2
1.1.3 聚变的安全性 3
1.2 可控磁约束核聚变的发展 4
1.2.1 可控核聚变约束方式 4
1.2.2 磁约束聚变的各类装置研究 5
1.2.3 托卡马克的发展 11
1.3 托卡马克聚变堆的发展 17
1.3.1 ITER计划 19
1.3.2 中国聚变工程试验堆 20
1.4 超导核聚变强磁约束技术的发展 21
1.4.1 核聚变超导强磁约束技术 21
1.4.2 聚变超导磁体技术发展 24
参考文献 26
第2章 磁约束核聚变超导材料 29
2.1 超导材料分类与特性 29
2.2 实用化低温超导材料 31
2.2.1 NbTi超导材料 31
2.2.2 Nb3Sn超导材料 32
2.3 低温超导CICC导体 34
2.4 实用化高温超导材料 34
2.4.1 第一代高温超导材料——铋系 34
2.4.2 第二代高温超导材料——YBCO超导带材 37
2.4.3 聚变堆辐照对高温超导带材性能的影响 38
2.4.4 高温超导复合化导体 42
2.4.5 MgB2超导材料及其应用 48
参考文献 49
第3章 磁约束核聚变超导磁体的结构设计 53
3.1 磁约束核聚变超导磁体简介 53
3.1.1 环向场超导磁体 54
3.1.2 平衡场超导磁体 56
3.1.3 中心螺线管超导磁体 56
3.2 磁约束核聚变超导磁体结构设计 57
3.2.1 导体设计 57
3.2.2 绝缘设计 58
3.2.3 绕组设计 60
3.2.4 环向场超导磁体线圈盒设计 61
3.2.5 支撑结构设计 62
3.2.6 终端箱结构设计 65
3.2.7 超导接头结构设计 66
3.2.8 低温系统结构设计 68
参考文献 71
第4章 磁约束核聚变超导磁体的设计准则 72
4.1 磁约束核聚变超导磁体概述 72
4.1.1 磁约束核聚变超导磁体载荷简介 72
4.1.2 磁约束核聚变超导磁体载荷分类及组合 73
4.1.3 磁约束核聚变超导磁体分析简介 75
4.2 磁体结构件设计准则 80
4.2.1 静力学评定准则 80
4.2.2 疲劳力学评定准则 82
4.3 超导体、绝缘设计准则 87
4.3.1 金属部件设计准则 88
4.3.2 非金属部件设计准则 94
4.3.3 辐射效应 97
4.4 螺栓、键、支撑结构设计准则 97
4.4.1 螺栓 98
4.4.2 螺栓的疲劳应力极限 99
4.4.3 键 101
4.4.4 磁体系统支撑 101
4.4.5 线圈支撑和接口的间隙和摩擦极限 110
4.5 低温管路结构设计准则 111
4.5.1 许用应力和其他设计极限 112
4.5.2 压力管路设计准则 113
参考文献 115
第5章 磁约束核聚变超导磁体交流损耗分析方法 116
5.1 交流损耗 116
5.1.1 交流损耗的概念 116
5.1.2 交流损耗的影响 117
5.1.3 交流损耗的计算原理 117
5.1.4 交流损耗计算模型 118
5.2 交流损耗的计算方法 121
5.2.1 低温超导体的交流损耗研究 121
5.2.2 高温超导体的交流损耗研究 126
5.3 典型超导磁体线圈盒交流损耗分析实例 133
5.3.1 电磁分析 133
5.3.2 热分析 134
5.4 典型超导磁体交流损耗分析实例 137
5.4.1 典型超导磁体参数 137
5.4.2 交流损耗的计算模型 138
参考文献 140
第6章 磁约束核聚变超导磁体稳定性裕度分析方法 144
6.1 聚变超导磁体CICC导体结构 144
6.2 聚变超导磁体的稳定运行条件 147
6.2.1 CICC导体的温度裕度 148
6.2.2 CICC导体的稳定性能量裕度 148
6.2.3 CICC导体的失超热点标准 150
6.2.4 CICC导体的失超电压 152
6.2.5 CICC导体的失超氦压 153
6.3 CICC导体稳定性分析模型及程序 154
6.3.1 CICC导体稳定性分析——零维模型 154
6.3.2 CICC导体稳定性分析——一维模型 155
6.3.3 CICC导体稳定性分析程序 156
6.4 CICC导体稳定性分析 158
6.4.1 CICC导体的数值模拟输入 158
6.4.2 CICC导体的温度裕度和稳定性能量裕度 161
6.4.3 CICC导体的失超特性 162
参考文献 164
第7章 磁约束核聚变超导磁体的热工水力设计与分析方法 166
7.1 超导磁体热工水力计算的基本概念 166
7.2 超导磁体热工水力相关设计要求 172
7.2.1 温度裕度 172
7.2.2 稳定性 172
7.2.3 热点温度 173
7.3 超导磁体热载荷分类 173
7.3.1 辐射热 173
7.3.2 核热 174
7.3.3 交流损耗 175
7.3.4 接头焦耳热 177
7.3.5 支撑漏热和电流引线漏热 177
7.4 TF超导磁体温度裕度热工水力计算 179
7.4.1 TF超导磁体温度裕度计算方法 179
7.4.2 TF超导磁体温度裕度计算实例 180
参考文献 187
第8章 磁约束核聚变超导磁体的电磁场设计与分析方法 189
8.1 磁约束核聚变超导磁体的电磁设计目标 189
8.1.1 磁约束核聚变超导磁体的工作原理 189
8.1.2 磁约束核聚变超导磁体的主要设计参数 191
8.2 磁约束核聚变超导磁体电磁场设计方法 195
8.2.1 电磁场基本理论 195
8.2.2 毕奥-萨伐尔定律 200
8.2.3 数值分析法 203
8.3 磁约束核聚变超导磁体电磁设计过程 204
8.3.1 环向场超导磁体的电磁设计过程 204
8.3.2 极向场超导磁体的电磁设计过程 207
8.3.3 磁约束核聚变超导磁体设计与分析实例 210
参考文献 218
第9章 磁约束核聚变超导磁体的结构分析方法 220
9.1 磁约束核聚变超导磁体结构和分析方法简介 220
9.1.1 磁约束核聚变超导磁体分析方法及工具 220
9.1.2 磁约束核聚变超导磁体的二维分析 221
9.1.3 磁约束核聚变超导磁体的三维分析 223
9.1.4 磁约束核聚变超导磁体的子模型分析技术 226
9.1.5 磁约束核聚变超导磁体的疲劳寿命分析 227
9.2 热-电磁-结构耦合分析实例 232
9.2.1 环向场磁体热-电磁-结构耦合分析 232
9.2.2 平衡场磁体热-电磁-结构耦合分析 237
9.2.3 中心螺线管磁体热-电磁-结构分析 239
参考文献 244
第10章 磁约束核聚变超导磁体的失超探测与保护 245
10.1 超导磁体失超的概念 245
10.1.1 失超的原因 246
10.1.2 失超的特征 248
10.1.3 失超的危害及保护 249
10.2 超导磁体失超检测方法 250
10.2.1 端电压检测法 250
10.2.2 热工量检测法 252
10.2.3 新型检测方法 253
10.2.4 国内外聚变装置及其失超检测方法 255
10.3 超导磁体失超检测设计 256
10.3.1 失超信号处理 256
10.3.2 失超逻辑判断 258
10.4 超导磁体失超检测标准 259
10.5 超导磁体失超保护电路 260
10.6 超导磁体失超保护实例 262
参考文献 263
第11章 磁约束核聚变超导磁体关键部件的工程设计 266
11.1 绕组工程设计 266
11.1.1 环向场D形线圈绕组 266
11.1.2 饼形绕组 269
11.2 线圈盒工程设计 270
11.2.1 线圈盒的焊接工艺 271
11.2.2 线圈盒冷却回路的布置 271
11.2.3 绕组入盒装配 273
11.3 绝缘线圈设计 273
11.3.1 绝缘分类 274
11.3.2 真空压力浸渍系统 275
11.3.3 绝缘测试方法 276
11.4 支撑结构工程设计 277
11.4.1 重力支撑部件 279
11.4.2 环向支撑部件 279
11.5 热处理技术 280
11.5.1 热处理工艺流程 281
11.5.2 热处理工艺要求 281
参考文献 282