量子霍耳效应发现十周年

 霍耳效应是1879年美国物理学家霍耳研究载流导体在磁场中导电的性质时发现的一种电磁效应.他在长方形导体薄片上通以电流,沿电流的垂直方向加磁场(如图1),发现在与电流和磁场两者垂直的两侧面产生了电位差.后来这个效应广泛应用于半导体研究.一百年过去了.1980年一种新的霍耳效应又被发现.这就是德国物理学家冯·克利青从金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)发现的量子霍耳效应.     

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研制了一种基于电容储能的脉冲电源系统用于J-TEXT 装置扰动磁场线圈的运行,介绍了J-TEXT 装置静态扰动磁场线圈(SRMP),对静态扰动磁场电源系统进行了原理分析,并给出了电源的运行结果。实验运行效果表明,输出电流最大能达到8kA,最大电流上升率为200A.ms-1,静态扰动场电源系可以稳定地工作,可以产生足够的扰动磁场并开展相关物理实验。     

J-TEXT 装置静态扰动场电源系统结构分析及实现

研制了一种基于电容储能的脉冲电源系统用于J-TEXT 装置扰动磁场线圈的运行,介绍了J-TEXT 装置静态扰动磁场线圈(SRMP),对静态扰动磁场电源系统进行了原理分析,并给出了电源的运行结果。实验运行效果表明,输出电流最大能达到8kA,最大电流上升率为200A.ms^-1,静态扰动场电源系可以稳定地工作,可以产生足够的扰动磁场并开展相关物理实验。     

对亥姆霍兹线圈磁场分布的分析

利用DH4501D实验仪探究了亥姆霍兹线圈轴线上和轴线外的磁场分布问题。首先通过对单个线圈不同电流下的磁场分布的实验值与理论值对比发现电流大的磁场更接近理论值,更适合用来研究磁场分布问题。然后利用较大电流分别研究了单个线圈以及亥姆霍兹线圈轴线上和轴线外的磁场分布的规律及产生原因。最后利用磁场分布拟合了真空磁导率并与理论值进行了对比。通过对这些问题的研究不仅加深了对毕奥-萨伐尔定律的理解,更加明确了亥姆霍兹线圈的磁场分布规律。     

短腔、自屏蔽磁共振成像超导磁体系统的混合优化设计方法

本文提出一种用于短腔、自屏蔽磁共振成像超导磁体系统的混合优化设计方法,通过结合线性规划和非线性优化算法,设计出的磁体系统具有建造成本低、结构简单、以及线圈中最高磁场、电流安全裕度和电磁应力可控等优点.首先,通过线性规划算法在欲布置线圈空间范围内建立二维连续网格划分,搜索满足磁场约束条件的网格电流分布图;其次,将电流分布图中的非零电流簇离散成螺线管线圈,通过非线性优化算法计算出满足成像区域磁场均匀度要求、5 Gs杂散场限制、线圈中最高磁场限制、电流安全裕度以及线圈间尺寸间隔等约束条件的线圈结构参数.文中给出一个中心磁场为1.5T自屏蔽磁共振成像超导磁体系统的设计案例,在50 cm球形成像区域所产生的磁场峰峰值不均匀度为10 ppm,线圈最大长度为1.32 m.该设计方法可用于对称、非对称螺线管线圈系统以及开放式双平面线圈系统的磁共振成像磁体系统设计.     

MFCG 2维磁流体力学程序中磁场计算的改进

 定子线圈中的电流在空间中产生的磁场是金属导体（套筒）膨胀压缩的主要对象，该磁场直接影响爆磁压缩发生器输出电流脉冲的大小。给出了面电流分布下2维磁场的计算公式，较点电流分布下的磁场公式更能细致准确地反映出磁场的变化。数值结果表明:面电流分布下的磁场公式不仅能准确地描述磁场的变化，而且计算效率大大提高，节约了计算时间。     

霍尔推力器磁场位形及其优化的数值研究

基于麦克斯韦方程,在轴对称假设下建立了霍尔推力器磁场的数学模型.用有限差分方法对模型进行了离散.给出了数值求解模型的迭代法.通过对模型的数值求解,得到了相应的数值结果.通过对所得数值结果的分析,研究了磁场线圈电流变化对霍尔推力器磁场位形的影响.通过调整磁场线圈电流的大小找到了理想磁场位形.研究表明,对于理想磁场位形,内通道的磁镜比在3—3.5之间,外通道的磁镜比在0.4—0.9之间;增加磁场线圈的电流,出口的磁场强度随着增加,但不能增加磁镜比.通道内部的磁场强度几乎不随着磁场线圈电流的变化而变化. 关键词： 霍尔推力器 磁场位形 磁场线圈电流 磁镜比     

线圈在无限长载流直导线磁场中的逃逸速度研究

分析矩形、圆形线圈在无限长载流直导线磁场中的运动，求解线圈运动的感应电流和安培力，建立运动学微分方程，得到线圈在无限长载流直导线磁场中存在逃逸速度.线圈能从磁场中逃逸的最小初速度与线圈尺寸、电阻、初始位置、长直导线电流均有关，该模型为教师教学提供理论分析.     

从反常霍尔效应到量子反常霍尔效应

 美国物理学家霍尔 (Edwin H.Hall) 在1879 年发现,当电流垂直于外磁场通过导体时,在导体的垂直于磁场和电流方向的两个边界之间会出现电势差(图1)。这个现象被称作霍尔效应。在当时要理解这一重要的现象还非常困难,因为电子的概念在18年后才被提出来。     

Bi-2223/Ag超导闭合线圈的制备及其电流衰减特性的研究

本文研究了使用Bi-2223/Ag超导带材制备超导闭合线圈的工艺及超导闭合线圈中电流衰减的特性.在闭合线圈焊接点的制作上,分别采用了超导焊接和普通焊锡焊接两种不同方法.通过测量闭合线圈中心点的磁场衰减过程,观察了这两种闭合线圈中电流衰减的特性.实验发现,使用超导焊接技术制备的闭合线圈,电流衰减与时间的自然对数成线性关系,在线圈局部受损伤的情况下,上述关系仍然成立;使用普通焊锡焊接方法制备的闭合线圈,电流衰减不存在上述关系,但也不是时间的e指数函数.     

地磁场对用威尔尼特管测电子荷质比的影响

用威尔尼特管测电子荷质比时,电子是在亥姆霍兹线圈所产生的磁场中受力偏转的.但一般通过亥氏线圈的电流不超过2.5A,它产生的磁场和地磁场相比并不算特别强.因此,如果希望得到较好的测量结果,则地磁场的影响就不应忽略.荷质比 e/m 与加速电压 Ua、偏转磁场 B 及电子束半径 r 间的关系为:     

三相行波磁场中涂层超导线圈的电-磁-力特性研究

随着超导线圈在电力领域中的应用越来越广泛,该文利用有限元仿真软件对处于交变磁场中载流高温超导带材的电-磁-力特性进行了研究,通过超导体的非线性E-J本构关系和基于棱边元法的磁场强度法来求解超导线圈内的电流分布、线圈周围的磁场分布及其受到的电磁力大小等电磁特性,重点研究了在以涂层超导磁体为励磁线圈的直线牵引系统中超导线圈和三相绕组之间的电磁力大小.基于仿真结果,分析了超导线圈内电流分布随气隙的变化关系;线圈周围的磁场分布情况及其对超导线圈临界电流的影响;线圈受到的电磁力随时间和气隙的变化关系等,所得结果为高温超导直线电机的设计和应用提供参考依据.     

电磁驱动的异步问题

矩形线圈的平面垂直干均匀磁场,磁感应强度为B,线圈不动,磁场以速度vB向右运动.因通过线圈的磁通量变化,在线圈中产生感应电动势和感应电流i,磁场对电流i的安培力Fm方向向右,将驱使线圈也以速度v向右运动.显然,只有线圈的速度v小于磁场的速度vB──即异步才能有电磁感应,线圈也才能继续运动.以下我们来证明ν<νB. 设附图中的矩形线圈abed的质量为m,其回路电阻R,且在t=0时,ad边与磁场边界重合.t时刻后,磁场向右运动距离为vBt,线圈向古运动为x,则只有在面积l(vBt-x)上才有磁通量通过,即而感应电动势e及感应电流i分别为e及i的方向均由a至d…     

磁电式电流表的设计原理

我们知道通电导体在磁场中受到的磁场力为：F=BILsinα。而一定电流的矩形线圈在匀强磁场中受到的是一力偶矩．设线圈平面口abcd与磁场方向平行，如图1，则F1=     

CFETR CSMC装配误差下的电磁状态研究

中心螺旋管模型线圈是为了积累中心螺线管线圈设计和制造经验而预研的一套混合超导磁体线圈,该线圈由五大模块组成,高场区采用Nb_3Sn线圈,低场区采用NbTi线圈,可以满足紧凑型聚变装置对低纵横比的要求.然而模型线圈各模块结构复杂、尺寸庞大在装配过程中不可避免的存在装配误差,线圈励磁以后产生的非对称磁场和电磁力将分别影响等离子体的旋转和线圈整体的稳定性.为了详细分析装配误差对线圈磁场和电磁力的影响,选取模型线圈在装配过程中可能出现的典型的装配误差,基于电流丝等效模型计算了NbTi线圈偏置以后Nb_3Sn内外线圈上的磁场和电磁力.计算结果表明,由于装配误差,线圈磁场沿环向呈不均匀分布,轴向电磁力合力不为零;轴向和径向装配误差对线圈磁场和电磁力的影响存在明显的差异;电磁力随着装配误差呈线性增长,当线圈装配误差较大时将引发数倍于线圈自重的电磁力;该研究结果可为偏置状态下模型线圈的耦合场分析和线圈模块的装配方案设计优化提供参考.     

球形线圈磁场均匀性的研究

研究非密绕球形线圈内部的磁场均匀性质.从圆形电流线圈轴线上的磁场出发,利用叠加原理和Mathematica软件的计算和符号推导功能,得到一个关于线圈内部磁场均匀性与其匝数的定量关系式,在此基础上通过实例说明设计球形线圈磁场均匀区的方法.     

四个平行共轴等大载流方线圈磁场的均匀性分析

匀强磁场广泛应用于科学研究和工程技术.以毕奥-萨伐尔定律和磁场叠加原理为基础,建立了4个平行共轴等大载流方线圈磁场磁感应强度的表达式;用泰勒级数展开方法,发现了线圈系统磁场均匀性最好的条件;借助于数值计算,讨论了3种具体情况下线圈系统磁场的均匀性.结果表明:在最佳状态下,线圈系统能够在较大空间区域产生相对偏差小于0.01%、方向偏差小于0.01度的均匀性极高的磁场,并且磁场的均匀性和空间范围都明显优于方形亥姆霍兹线圈的磁场.     

地磁水平分量的测量

用动力学的方法测量了地磁场的水平分量.通过改变电路中电流的大小和方向,测量磁针在地磁场水平分量和外加亥姆霍兹线圈产生的合磁场的共同作用下的简谐振动周期,用作图法得到合磁场为零的电流值,从而得到地磁场水平分量.     

单级感应线圈炮的外电路对电枢捕获效应的影响

由楞次定律可知,在感应线圈炮发射的过程中,为阻止驱动线圈剩余电流减小,电枢上涡流将产生与驱动线圈同向的磁场,此时电枢受捕获效应的影响而感应出减速力,使电枢的出口速度减小,发射效率降低。为减弱电枢捕获效应的影响,可在放电回路串接电阻或电容。通过理论和仿真,分析了改进后的外围电路对减弱电枢捕获效应的效果,并搭建单级感应线圈炮实验系统进行了验证。研究发现,在放电回路串接一个合适的大电阻或小电容,能加快驱动线圈剩余电流的释放,有效减弱电枢捕获效应,从而提高了电枢的出口速度,改善了感应线圈炮的发射性能。     

高温超导磁浮电磁铁特性分析

构建了超导悬浮磁铁的三维模型,使用ansoft对电磁铁的三维模型进行电磁场仿真,分析了超导线圈电流、悬浮气隙、横向位移偏差、铁芯长度、铁芯高度等的变化对磁浮列车悬浮力和导向力的影响.结果 表明,超导线圈通入不同的电流,悬浮电磁铁的磁场饱和度出现明显的变化,随着超导线圈通入的电流和悬浮气隙、横侧偏移的变化,悬浮力和导向力出现不同的变化特征.同时铁芯高度的增加能有效缓解电流增大时电磁铁铁芯中部的磁场饱和度,进而能够增大悬浮力,提高悬浮性能.