伯克利实验室加速器技术与应用物理(ATAP)部门的研究人员开发了一种检测和预测能够产生高磁场的大型磁铁中超导性局部损失的方法。这些高场磁体是科学研究、医学和能源许多领域的核心使能技术，它们用于一系列应用，包括高能和核物理的粒子加速器和对撞机、诊断和治疗医疗设备，以及能源产生、传输和存储技术。

高场磁体也有望成为磁约束聚变反应堆的使能技术，该反应堆旨在通过融合两种氢同位素(氘和氚)来复制为太阳提供动力的过程，以产生无碳能源。它们用于限制氘和氚的等离子体，以便发生聚变。

为了实现这些反应堆的全部潜力“将需要高性能超导磁体，能够在聚变反应堆中发现的苛刻动态条件下安全可靠地产生大磁场，”ATAP超导磁体计划的研究科学家Reed Teyber说，他正在开发用于监测低温和高温超导磁体性能的诊断工具。这项工作发表在《科学报告》杂志上。

然而，超导电缆可能会经历超导性突然和不可预测的损失 - 一种称为淬火的现象 - 可能产生的温度足以破坏磁体，造成数百万美元的损失。

“虽然对于较旧的低温超导磁体，淬火是固有的，但在高温超导磁体中必须完全避免淬火，以确保其可靠和安全运行，”里德解释说。“因此，检测淬火并防止其损坏磁体是寻求为紧凑型聚变反应堆开发超导磁体的研究人员的中心焦点。

稀土钡铜氧化物(ReBCO)是制造聚变反应堆中使用的超导磁体的一种有前途的材料。ReBCO胶带用于在超导磁体中承载电流的电缆中，具有高临界温度(使其成为所谓的高温超导体)，高临界场以及形成可拆卸磁铁的潜力 - 这一重要特性可改善维护通道，简化材料组件测试，并允许模块化以适应未来的反应堆设计。

超导磁体在高能物理对撞机等应用中很熟悉，因此存在低温超导磁体(如铌钛或铌锡)的淬火保护方法。这些方法使用电压或温度测量来触发能量提取过程。然而，里德说，聚变反应堆所需的高温超导磁体(如使用ReBCO的磁体)中的淬火检测更具挑战性，需要新的方法。

这些极其强大的磁体能够产生超过20特斯拉的磁场，其特点是与加速器磁体相比，淬火发展的初始速率要慢得多，因此很难使用基于电压或温度的技术检测淬火。

为了解决这个问题，Reed正在与ATAP的同事合作开发一种方法，该方法采用一系列霍尔探头(用于测量将载流导体放置在磁场中时产生的磁场的设备)来测量ReBCO CORC电缆周围产生的磁场。这些电缆由许多由ReBCO胶带制成的“圆芯导体”电线组成，以达到所需的电流容量。

从这些测量中重新创建的单个导体的电流分布提供了对磁体运行的详细动态的见解，从而可以提取预测模型的参数。

Reed指出，尽管它有望成为一种强大的淬火检测和预防技术，但它目前存在许多局限性。“例如，它仅适用于没有电缆间均流和中等长度电缆的特定磁铁技术。

然而，他补充说，事实证明，从ReBCO电缆缠绕的可拆卸环形励磁线圈满足这些要求。环形磁场线圈是领先的超导磁体技术，用于产生包含等离子体所需的巨大磁场，以确保发生聚变反应。

“我们现在正在研究如何使用我们的技术来解决这些线圈中的淬火检测问题。

里德说，这项工作可能成为“游戏规则改变者”，不仅适用于核聚变反应堆实验中使用的超导磁体，还适用于高能物理中的粒子加速器，磁能存储技术，医学以及各种功率设备，如电动机，发电机和传输线。

“里德构思的这项创新技术，”ATAP超导磁体项目副项目负责人Paolo Ferracin说，“有可能成为解决高温超导电缆淬火保护的关键因素，这是科学界研究下一代超导磁体的基本问题。