一种用于连续人工磁通钉扎制备的离子辐照装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于离子注入工艺装备技术领域，具体涉及一种用于连续人工磁通钉扎制备的离子辐照装置，包括：放卷传动装置、离子注入传动装置、收卷传动装置、沉积YBCO超导层金属带材、离子注入真空室、离子源、真空抽气口、放卷室真空室和收卷室真空室；所述离子注入真空室的两侧分别连通放卷室真空室和收卷室真空室；本发明专利技术设能够实现动态粒子辐照百米级二代高温超导带材，且可控制注入的离子种类、能量、剂量和注入角度，进而达到可控磁通钉扎浓度、深度、分布及均匀性等；同时注入气体离子和金属离子，还可达到掺杂和缺陷引入的双重效果，具有独特的优势，满足工业化生产的需要。满足工业化生产的需要。满足工业化生产的需要。

【技术实现步骤摘要】
一种用于连续人工磁通钉扎制备的离子辐照装置


[0001]本专利技术属于离子注入工艺装备
，具体涉及一种用于连续人工磁通钉扎制备的离子辐照装置。

技术介绍

[0002]二代高温超导带材具有高临界转变温度、高载流能力，以及高不可逆场等优点，应用前景广阔。如二代高温超导带材用于替代铜材，由其制成的超导电缆的载流能力是现在铜电缆的5～10倍，绕制的大型电机体积重量可缩小为原来的1/4，利用超导转变特性的超导限流器可突破现有电力技术的极限。随着超导技术的不断发展，其对超导带材的各种性能也所提出新的需求，其中一个热点问题是当外磁场变化时，其临界电流密度会随之迅速地衰减，这主要是因为当外加磁场高于第II类超导体的下临界磁场Hc1时，第II类超导体将进入混合态.此时若通有电流，则会产生洛仑兹力，使得磁通线发生运动。但这只是针对理想的第II类超导体而言，实际的高温超导体并不是理想的，其内部存在位错和间隙原子等各类本征缺陷，这些缺陷会产生钉扎力来阻碍磁通线的运动，当洛仑兹力大于超导体内部的缺陷等提供的钉扎力时，磁通线才发生运动。磁通线的运动伴随着能量的损耗，因此超导体失去无阻传输电流的特性,此时对应的外场为不可逆场Hirr。
[0003]为了解决这个问题，目前比较常用的办法是采用各种手段在超导体内部构建人工钉扎中心(artificial pinning center，APC)，从而抑制磁通涡旋的运动来提升其在场性能，且是目前高场下获得较高载流能力最为有效的手段之一。所谓钉扎中心，指的是可以钉扎住磁通的各种形貌和尺度(纳米<br/>‑
亚微米级)的缺陷，其种类包括：原子取代、空穴、位错、第二相、晶界、孪晶等。而引入钉扎中心的方法一般有两种，即由下而上(bottom
‑
up)和由上而下(top
‑
down)。前者指在超导层沉积过程中，引入缺陷作为磁通钉扎中心，最具有代表性的一个例子是在超导层中进行掺杂，在沉积过程生成自组装的具有精细结构的纳米第二相；后者指超导层沉积完成后，通过引入其他物理场，使超导层中产生一定量的缺陷来作为磁通钉扎中心。纳米掺杂可掺入金属(如Au、Ag)、属于YBCO相图中的相(如Y2O3、Y
‑
211)、钙钛矿(如BaIrO3、BaHfO3、BZO、BSO等)，尽管能够实现带材连续处理，但由于掺杂的不均匀性及稳定性控制不好反而会降低带材的超导性能。缺陷目前主要采用粒子辐照(如：中子、离子、质子、电子、射线等)，其中中子辐照已经被证实是一种能够在高温超导体中产生辐照损伤而作为磁通钉扎中心有效的方式，但一般核反应堆反射层热快比较高，要使快中子达到一定注量，必须长时间照射，同时长时间照射会生成大量放射性产物，使辐照后的材料难以使用；高能离子辐照可以控制辐照的离子种类、能量和剂量，进而达到可控的掺杂浓度和深度分布，但加速器离子辐照装置庞大复杂、辐照束班较小，难以实现带材连续工业化辐照加工，且辐照成本较高。
[0004]因此，目前亟需设计一种能实现二代高温超导带材连续人工磁通钉扎制备的离子辐照装置，以解决上述技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对提出一种用于连续人工磁通钉扎制备的离子辐照装置，用于解决现有技术中加速器离子辐照装置庞大复杂、辐照束班较小，难以实现带材连续工业化辐照加工，且辐照成本较高的技术问题。
[0006]本专利技术的技术方案：
[0007]一种用于连续人工磁通钉扎制备的离子辐照装置，包括：
[0008]放卷传动装置、离子注入传动装置、收卷传动装置、沉积YBCO超导层金属带材、离子注入真空室、离子源、真空抽气口、放卷室真空室和收卷室真空室；所述离子注入真空室的两侧分别连通放卷室真空室和收卷室真空室；
[0009]所放卷室真空室内设置有放卷传动装置，收卷室真空室内设置有收卷传动装置，所述离子注入真空室内设置有离子注入传动装置；所述离子注入真空室顶端设置有离子源，离子注入真空室底端连接有真空抽气口；
[0010]所述放卷传动装置上负载待离子注入的沉积YBCO超导层金属带材，所述沉积YBCO超导层金属带材通过离子注入传动装置传动至收卷传动装置内。
[0011]所述离子注入传动装置内还设置有注入角度调节鼓，所述注入角度调节鼓调控沉积YBCO超导层金属带材的注入角度，调节角度违反范围：
°‑°
。
[0012]所述设置在离子注入真空室顶端的离子源包括：单个气体离子源或单个金属离子源，或气体离子源和金属离子源双离子源。
[0013]所述气体离子源为射频放电、直流灯丝放电或微波放电的考夫曼源或潘宁源，产生气体离子束，加速电压0
‑
400keV，束班不小于直径50mm，束流均匀性优于90％。
[0014]所述金属离子源7，采用金属蒸汽真空弧源，产生金属离子束，加速电压0
‑
400keV，束班不小于直径50mm，束流均匀性优于90％。
[0015]所述离子注入前离子注入真空室5本底真空度优于1
×
10
‑3Pa。
[0016]所述待注入的沉积YBCO超导层金属带材4的张力为1
‑
2MPa，走带速度0.1
‑
10m/min，离子注入束流密度0.1μA/cm2‑
10μA/cm2，注入范围直径50mm，可实现离子注入剂量1.875
×
10
11
‑
1.875
×
10
15
ion/cm2的。
[0017]本专利技术的有益效果：
[0018]本专利技术设计的用于连续人工磁通钉扎制备的离子辐照装置，不仅能够实现动态粒子辐照百米级二代高温超导带材，且可控制注入的离子种类、能量、剂量和注入角度，进而达到可控磁通钉扎浓度、深度、分布及均匀性等；同时注入气体离子和金属离子，还可达到掺杂和缺陷引入的双重效果，具有独特的优势，满足工业化生产的需要。
附图说明
[0019]图1为本专利技术设计的用于连续人工磁通钉扎制备的双源离子辐照装置结构示意图；
[0020]图2为本专利技术提供的用于连续人工磁通钉扎制备的单源离子辐照装置结构示意图；
[0021]其中，1
‑
放卷传动装置，2
‑
离子注入传动装置，2.1
‑
注入角度调节鼓，3
‑
收卷传动装置，4
‑
沉积YBCO超导层金属带材，5
‑
离子注入真空室，6
‑
气体离子源，7
‑
金属离子源，8
‑
真
空抽气口，9
‑
放卷室真空室A，10
‑
收卷室真空室B。
具体实施方式
[0022]下面结合附图和实施例对本专利技术的设计的一种用于连续人工磁通钉扎制备的离子辐照装置进行详细说明。
[0023]一种用于连续人工本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于连续人工磁通钉扎制备的离子辐照装置，其特征在于，包括：放卷传动装置(1)、离子注入传动装置(2)、收卷传动装置(3)、沉积YBCO超导层金属带材(4)、离子注入真空室(5)、离子源、真空抽气口(8)、放卷室真空室(9)和收卷室真空室(10)；所述离子注入真空室(5)的两侧分别连通放卷室真空室(9)和收卷室真空室(10)；所放卷室真空室(9)内设置有放卷传动装置(1)，收卷室真空室(10)内设置有收卷传动装置(3)，所述离子注入真空室(5)内设置有离子注入传动装置(2)；所述离子注入真空室(5)顶端设置有离子源，离子注入真空室(5)底端连接有真空抽气口(8)；所述放卷传动装置(1)上负载待离子注入的沉积YBCO超导层金属带材(4)，所述沉积YBCO超导层金属带材(4)通过离子注入传动装置(2)传动至收卷传动装置(3)内。2.根据权利要求1所述的一种用于连续人工磁通钉扎制备的离子辐照装置，其特征在于：所述离子注入传动装置(2)内还设置有注入角度调节鼓(21)，所述注入角度调节鼓(21)调控沉积YBCO超导层金属带材(4)的注入角度，调节角度违反范围：45
°‑
90
°
。3.根据权利要求2所述的一种用于连续人工磁通钉扎制备的离子辐照装置，其特征在于：所述设置在离子注入真空室(5)顶端的离子源包括：单个气体离子源(6)或单个金属离子源(7)，或气体离子源(6)和金属离子源(7...

【专利技术属性】
技术研发人员：金凡亚，但敏，陈伦江，聂军伟，黄熠，祝土富，
申请(专利权)人：核工业西南物理研究院，
类型：发明
国别省市：