Korea Superconducting Tokamak Advanced Research (KSTAR) has a helium refrigeration system (HRS) with the cooling capacity of 9 kW at 4.5 K. Main cold components are composed of 300 tons of superconducting (SC) magnets, main cryostat thermal shields, and SC current feeder system. The HRS comprises six gas storage tanks, a liquid nitrogen tank, the room temperature compression sector, the cold box (C/B), the 1st stage helium distribution box (DB#1), the PLC base local control system interconnected to central control tower and so on. Between HRS and cold components, there's another distribution box (DB#2) nearby the KSTAR device. The entire KSTAR device was constructed in 2007 and has been operated since 2008. This paper will present the maintenance result of the KSTAR HRS during the campaign and discuss the operation record and maintenance history of the KSTAR HRS.
Recently, for improvement of the magnetic field of high temperature superconductor (HTS) apparatus, many studies investigating on operating in the range of $20{\sim}65\;K$ with liquid helium or the conducting method using cryocooler are actively reviewed. Also, the cooling method using solid nitrogen as cryogen is being suggested. Since the nitrogen has very large specific heat in solid state, it is expected that it can be operated for a long time without a continuous supply of cooling energy. However, there are still insufficient data on the characteristics of solid nitrogen such as thermodynamic properties and liquid-solid phase change. Especially, there was almost no study done on the electrical insulation properties of solid nitrogen so far. In this study, solid nitrogen to find the electrical characteristics was made by using cryocooler and cryostat, and investigated the flashover discharge and breakdown. The results of this study will be useful as a basic data for electrical insulation design of the HTS system using solid nitrogen as cryogen.
In general, in most case of high temperature superconducting (HTS) rotating machinery, HTS field coil is rotated. HTS homopolar motor field coil is nat necessary to be rotated and the torque of motor is not strongly related with the field coil. Therefore, HTS homopolar motor has a superior mechanical stability comparing with other HTS rotating machines. These advantages can make the design of HTS field coil and cryostat much more simple. In this paper, HTS field coil was fabricated and tested. Before test, authors habe estimated the critical current of HTS field coil at 77K by simulation using FEA (Finite Element Analysis) software and power law equation. The experiment details and results are presented in this paper, and discussed. The field windings are made with HTS Bi-2223 wire which operates at 77K.
Vacuum vessel of the KSTAR(Korea Superconducting Tokamak Advanced Research) tokamak is a fully welded structure with D-shaped cross-section. According to the requirements of the physics design, sixteen horizontal ports, sixteen slanted ports, sixteen baking and cooling ports, and twenty-four top and bottom vertical ports are designed for the diagnostics, plasma heating, vacuum pumping, and baking and cooling. Bellows on these ports are used for flexible components to absorb the relative displacement due to the vacuum vessel thermal expansion and the electromagnetic force between the vacuum vessel and the cryostat ports. Fatigue strength evaluation was performed to decide the dimension of the bellows. In order to assure the quality of the bellows, a prototype bellows for the neutral beam injection port has been fabricated and tested prior to main fabrication. It was conformed that the prototype bellows has sufficient fatigue strength and vacuum reliability in the expected load conditions.
In order to apply SFCLs into electric power systems, the urgent issues to be settled are as follows, such as initial installation price, operation and maintenance cost due to ac loss of superconductor and the life of cryostat, and high voltage and high current problems. We designed novel hybrid SFCLs which combine superconductor and conventional electric equipments including a vacuum interrupter, an electro-magnetic contactor and a current limiting reactor. The main purpose of the hybrid SFCL is to drastically reduce total usage of superconductor by adopting current commutation method by use of the superconductor and the fast switch. According to protective coordination and performance, we investigated two concepts of Hybrid SFCLs. First is a half cycle fault current limitation type and second is a non-half cycle fault current limitation type. We concluded that the non-half cycle fault current limitation type is batter than the other.
High voltage insulation in cryogenic environment is one of big issues for development of superconducting power application, such as superconducting fault current limiter, transformer, transmission cable, and so on. We had proposed a composite solid insulator composed of plastics and polymer insulation sheets for a use of high voltage superconducting power applications. It is well known that the G10 FRP keeps its mechanical strength at very low temperature and the PPLP is very good insulator adopted as insulations for superconducting transmission cables. The composition of these two materials will show very good electrical and mechanical properties adequate for the insulation components of superconducting power applications, such as bushing, insulation barrier, and even for a cryostat. Dielectric strengths of prepared samples were measured at the temperature of boiling point of liquid nitrogen at atmospheric pressure, which will be presented in this paper to show a usefulness of this technique.
A conduction-cooled superconducting magnet system is developed for material separation. The superconducting magnet for material separation has to be designed to have a strong magnetic field in a control volume. Since the magnetic field gradient is larger at the end rather than at the center of the magnet, we developed a design method to optimize the superconducting magnet for material separation. The safety of the superconducting magnet is evaluated, taking into account the electro-magnetic field, heat and structure. The superconducting coil is successfully wound by the wet-winding method. The superconducting coil is installed in a cryostat maintaining high vacuum, and cooled down to approximately 4 K by a two-stage GM cryocooler. The performance of the conduction-cooled superconducting magnet system is discussed with respect to the supplied current, cooling medium and cooling power of a cryocooler.
Kim, J.W.;Kim, D.G.;Jo, H.C.;Choi, Y.S.;Kim, S.H.;Sim, K.D.;Sohn, M.H.
한국초전도ㆍ저온공학회논문지
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제17권1호
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pp.28-31
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2015
An in-flight fragment separator, which aims to produce and study rare isotopes, consists of superferric quadrupole triplets and $30^{\circ}$ dipole magnets to focus and bend the beams for achromatic focusing and momentum dispersion, respectively. The separator is divided into pre and main stages, and we plan to use superconducting magnets employing high-Tc superconductor (HTS) coils in the pre-separator area, where radiation heating is high. The HTS coils will be cooled by cold He gas in 20-50 K, and in the other area, superferric magnets using low-temperature superconductor (LTS) will be used at 4 K. A few LTS coils were wound and successfully tested in a LHe dewar, and the design of cryostat has been optimized. Development of the HTS coils is ongoing in collaboration with a group at KERI. An HTS coil of racetrack shape was wound and tested in a $LN_2$ bath and in a dewar with cryocooler. No degradation on critical current due to coil winding was found.
KIEE International Transactions on Electrophysics and Applications
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제3C권5호
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pp.171-176
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2003
For practical electrical insulation design of high temperature superconducting (HTS) power apparatuses, knowledge of the dielectric behavior of both liquid nitrogen (L$N_2$) and subcooled liquid nitrogen (SL$N_2$) are essential. To achieve SL$N_2$ at atmospheric pressure, cryostat was designed and constructed. By pumping up the L$N_2$ in the outer dewar, the temperature of L$N_2$ in the inner dewar at atmospheric pressure can be controlled. The breakdown characteristics of L$N_2$ in quasi-uniform and non-uniform electrical fields for temperatures ranging from 77 K to 65 K at atmospheric pressure and pressure ranging from 0.1 to 0.5 MPa were investigated experimentally. The experimental data suggested that the breakdown voltage (BDV) of L$N_2$ is both highly temperature and pressure dependent. We also carried out statistical analysis of the experimental results using the Weibull distribution. The Weibull shape parameter m for the sphere-to-plane electrodes in SL$N_2$ was estimated to be 11 to 18.
The research results on the superconducting magnet for whole body MRI are presented. The magnet consists of main coil with 6 solenoid coils, shielding coil with 2 solenoid coils and 6 sets of cryogenic shim coil. The ferromagnetic shim assembly is installed on the inside wall of the room temperature bore for shimming inhomogeneous field components generated due to manufacturing tolerances, installation misalignments and external ferromagnetic materials near the magnet. Also, the magnet is enclosed with the horizontal type cryostat with 80cm room temperature bore to keep the magnet under the operating temperature. The magnetic field distributions within the imaging volume were measured by the NMR field mapping system. Through the test, the central field of magnet was 1.5 Tesla and the field homogeneity of 9.3 ppm has been obtained on 40cm DSV(the diameter of spherical volume) and using this magnet, comparatively good images for human body, fruits and water phantoms have been achieved.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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