MICE超导耦合磁体分段内保护仿真研究

超导磁体失超过程中会产生过大内电压和局部温升,这有可能对磁体造成破坏。对超导磁体进行分段内保护是降低失超过程中内电压和局部温升的有效办法,但是分段后各段线圈之间相互耦合,使得失超过程分析复杂化。将已有的单段失超传播模型推广到分段保护磁体的失超分析,研发了失超过程仿真算法。应用该算法对M ICE超导耦合磁体在不同分段保护系统下的失超过程进行仿真研究,得到了电流、电压、温度等有关物理量变化曲线。仿真结果表明,通过选择合适的分段数和分段保护电阻,可以控制M ICE超导耦合磁体失超过程中内电压和局部温升在允许范围内。     

超导储能系统的失超检测

超导磁体的失超检测与保护是超导电力技术实用化的一个重要课题。文中针对超导储能系统的特点,设计了一套用于超导储能(SMES)磁体的失超检测系统。该系统采用有源功率检测方法,通过对超导磁体上产生的失超信号进行隔离、放大、滤波以及比较等,实现失超信号的检测。实验结果表明,该失超检测系统能够及时准确的检测到失超信号,为超导储能系统的失超保护提供了可靠的前提条件。     

放电功率变化对电磁波在电感耦合闭式等离子体中的衰减特性

射频电感耦合等离子体(ICP)放电方式能够在较宽的压强范围内产生大面积、密度高的等离子体,在对电磁波衰减应用中具有较大优势。通过研究ICP等离子体与电磁波相互作用的过程,改进闭式等离子体模型,建立电磁波在非均匀等离子体中传播的分层计算模型,对实测诊断分布情形下等离子体与电磁波的相互作用进行研究,得到不同功率条件下电磁波衰减的变化情况;提出射频电感耦合闭式等离子体用于电磁波衰减的方法并实验验证,基于等离子体覆盖金属平板的测量模型,在实验室内搭建了以金属板为衬底的弓形微波反射测试系统,研究了闭式等离子体对4～8 GHz频段范围内微波反射的作用特性,以及不同射频功率对微波反射的影响规律,并将实验测量与计算结果进行对比分析。实验表明,通过功率调节,电感耦合闭式等离子体对5.92～6.8 GHz频带电磁波具有明显的衰减作用。     

全超导托卡马克极向场超导线圈的失超检测

EAST装置做为全超导托卡马克装置,其纵场和极向场线圈全部由超导磁体组成,所以进行安全,准确,有效的超导线圈的失超保护是装置安全运行的首要环节.由于等离子体电流的建立必须由极向场线圈系统提供极快速的磁通变化,随之产生较高的交流损耗使得极向场线圈很容易发生失超.如何对快速交变脉冲磁场下的超导线圈进行有效的失超检测,这在世界上也无先例可循.EAST装置的失超检测系统经过几十轮单饼超导线圈实验及多轮装置正式放电实验后逐步建立和完善起来,并已通过工程验收满足了装置实验运行要求.本文主要介绍了EAST装置失超检测系统的基本结构和检测原理,重点阐述了极向场超导磁体失超检测的设计方法及实验结果。     

EAST装置中心螺管线圈实验压力后备失超保护系统的研究与实现

EAST托卡马克装置是一个全超导的大型核聚变实验研究装置,实验过程中,对超导磁体的失超保护是一项非常重要的内容.本文介绍了EAST装置极向场中心螺管线圈测试实验中,作为传统电压检测法超导磁体失超保护系统的补充,提出并建立的一种有效的后备失超保护方案:压力后备失超保护法.经过实验验证,该保护系统可以有效地对超导磁体进行失超保护.     

利用非线性传输线产生高功率射频场

根据孤立子理论,分析了利用变容非线性传输线产生射频场的机理。利用电路仿真方法系统地研究了影响射频场产生的相关参数,发现电感和零压电容越小、输入电压越大,射频场的频率越高;电容的非线性率越大,射频场的峰值电压越高、高频成分越多。并在此基础上,仿真设计了能产生峰值功率为0.8 GW、主频为19.42 MHz射频场的非线性传输线。     

射频激励等离子体非线性效应的FDTD数值模拟

在考虑热运动、电子复合、扩散等效应后，建立电磁波与等离子体相互作用模型，验证了射频激励等离子体时产生的二次、多次谐波以及各个不同频段信号的调制现象，得到了不同激励功率、产生电子的电场阈值、电子能量等参数对电磁波频谱的影响，这对于射频激励等离子体的电路匹配、耦合器件以及等离子体天线传输、电磁兼容等设计很有帮助. 关键词： 射频 谐波 等离子体 非线性     

微带线电路板端口对入射电磁波的电压响应

 在考虑电磁波与电子设备的耦合时，屏蔽腔中电路板端口对入射电磁波的电压响应是一个重要的参数。分别计算了微带线电路板端口在自由空间和在屏蔽腔内这两种不同情况下的电压响应，以及屏蔽腔内耦合系数的变化。对所得结果进行了比较分析，结果表明，在自由空间时，响应电压频谱为连续的变化，而在屏蔽腔内时，只有在本征模的频率处才会激励起端口电压，频谱分布变为分立的。当屏蔽腔上开有窄缝时，窄缝方向和入射场极化方向对激励起来的端口电压都有影响，而电场极化方向和微带线方向之间的关系，是决定端口激励电压大小的关键因素。     

用修改的Gandalf软件对HT-7U装置TF和PF线圈的稳定性分析

HT-7U是一个先进的等离子体稳态托卡马克装置.它的环向磁场(TF)和极向磁场(PF)系统,均采用超导磁体,所有超导磁体均由CICC导体制成.为了获得PF和TF磁体运行的的安全裕度,需要对这些超导线圈进行严谨的热工水力特性分析,研究超导磁体在正常运行条件下所能承受的最大扰动.稳定裕度的分析充分考虑了多种不同的扰动.本文的分析均基于修改的Gandalf程序,即考虑超导CICC磁体系统之间(匝间、层间、不同的冷却通道之间)的热耦合,研究了HT-7U超导托卡马克系统的TF和PF超导线圈在不同运行条件下的稳定裕度和失超传播特性.这些分析将为HT-7U超导磁体系统的运行提供参考.     

45T混合磁体外超导磁体失超保护系统设计北大核心CSCD

由中国科学院强磁场科学中心建成的混合磁体包含着内水冷磁体和外超导磁体两大部件,目前已经成功达到40T的中心磁场,在下一轮实验将冲击45T磁场.作为中国磁场强度最高的稳态强磁场装置,其失超保护系统合理的设计是该磁体安全运行的重要保证.本文详细介绍了45T混合磁体外超导磁体失超保护系统设计,主要包括:同绕线、二次补偿、失超保护电路以及失超保护参数的选取.同时对混合磁体在运行调试期间外超导磁体出现的两次失超与保护动态过程也进行了分析与讨论.     

CCT型超导组合磁体样机结构设计

基于斜螺线管型(Canted-Cosine-Theta,简称CCT)线圈结构,研制了一台四极与六极组合的超导磁体样机,它的四极和六极梯度场分别为22 T/m和120 T/m²。该组合型磁体的好场区范围为Φ0.16 m×1.3 m,有效长度为1.3 m。其中四极与六极磁体均采用两层骨架结构,每层骨架的线槽内并排放置多层多根超导线。本文根据导体轨迹,以约束电磁力为结构设计目标,设计了磁体关键部件线圈支撑骨架和磁体内外支撑结构,并介绍了磁体制造过程中的关键环节。     

一种实验用交流超导磁体的研制

该文介绍了用于探测线圈法测量超导材料交流损耗的一种交流超导磁体的设计、加工与绕制。超导磁体设计采用成熟的螺线管磁体技术,磁体骨架为低温环氧树脂加工而成,所用超导线为NbTi/Cu复合超导绞线。为了满足磁体的稳定性,每两层超导线间留出了一条冷却通道。所绕磁体的磁场强度和均匀度都满足设计要求。     

Design of a superconducting magnet for CADS

This paper describes a superconducting magnet system for the China Accelerator Driven System (CADS). The magnetic field is provided by one main, two bucking and four racetrack coils. The main coil produces a central field of up to 7 T and the effective length is more than 140 mm, the two bucking coils can shield most of the fringe field, and the four racetrack superconducting coils produce the steering magnetic field. Its leakage field in the cavity zone is about 5× 10^-5 T when the shielding material Niobium and cryogenic permalloy are used as the Meissner shielding and passive shielding respectively. The quench calculations and protection system are also discussed.     

Design of a conduction-cooled 4 T superconducting racetrack for a multi-field coupling measurement system

A conduction-cooled superconducting magnet producing a transverse field of 4 T has been designed for a new generation multi-field coupling measurement system,which will be used to study the mechanical behavior of superconducting samples at cryogenic temperatures and intense magnetic fields.A compact cryostat with a two-stage GM cryocooler is designed and manufactured for the superconducting magnet.The magnet is composed of a pair of flat racetrack coils wound by NbTi/Cu superconducting composite wires,a copper and stainless steel combinational former and two Bi_2Sr_2CaCu_2O_v superconducting current leads.The two coils are connected in series and can be powered with a single power supply.In order to support the high stress and attain uniform thermal distribution in the superconducting magnet,a detailed finite element(FE) analysis has been performed.The results indicate that in the operating status the designed magnet system can sufficiently bear the electromagnetic forces and has a uniform temperature distribution.     

GSI超导二极磁体的电磁分析

主要介绍超导二级磁体的结构,用有限元分析软件ANSYS对磁体在工作电流下进行了电磁分析,结果符合物理设计要求,同时为下一步的结构分析提供了电动力。     

Calculation of magnetic field for 4 T fast cycling superconducting dipole magnet

The problem of optimization of the two-dimensional magnetic field distribution of a dipole magnet with a field of 4 T and aperture diameter of 100–110 mm for a fast cycling synchrotron is considered. A singlelayer winding with a small number of turns is made from a hollow NbTi superconducting cable with an operating current up to 30 kA. The mathematical method providing optimization of the higher harmonics amplitude of the magnetic field by varying the position of current windings is described. The results of calculation of two-dimensional magnetic fields of the superconducting magnet are given.     

一种铁基超导带材交流损耗的测量

近年来铁基超导材料的发现掀起了又一轮新型超导材料研究的热潮,各种配方的铁基超导材料不断被制备出来,转变温度也不断提高,中国科学家在该领域取得了十分突出的成果,制备出了多种铁基超导材料,但对其交流损耗特性研究鲜有报道,而实际应用中交流损耗的特性又十分重要,因此搭建了一套采用探测线圈法的交流损耗测量平台,测试了一种中国科学院电工研究所采用PIT工艺制作的单芯铁基超导带材的交流损耗。该文介绍了采用探测线圈法测量超导材料交流损耗的一种测量平台的搭建与标定,以及采用标定过的测量平台在液氦温度下测量的一种采用PIT工艺制作的单芯铁基超导带材的交流损耗;并与计算得到的铁基带材超导芯的磁滞损耗和包套的涡流损耗进行了比较分析,得出了其交流损耗与背景磁场频率成正比,其涡流损耗可以忽略的结论。     

CRAFT超导磁体电源换流变压器短路阻抗设计

聚变堆主机关键系统综合研究设施（CRAFT）超导磁体电源兼具大电流稳态运行、高功率脉冲运行和瞬态故障抑制能力的需求。换流变压器的短路阻抗与超导磁体电源的特性密切相关。为了优化超导磁体电源的性能,基于交直流系统的参数和换流变压器的等效电路模型,研究了换流变压器短路阻抗与超导磁体电源的输出电压、谐波电流、短路故障电流和无功损耗的关系。短路阻抗越小,超导磁体电源的额定输出电压越高,无功损耗越小,这些特性对CRAFT超导磁体电源的性能有利,但是短路故障电流和谐波电流增加,影响电源的短路故障抑制能力和谐波特性。在CRAFT超导磁体电源换流变压器短路阻抗设计时,首先短路阻抗必须满足直流电源的额定输出电压和故障电流抑制能力,其次,由于CRAFT超导磁体电源是多相变流器,仅产生高次特征谐波电流,含量少便于抑制,因而尽量选择较小的短路阻抗。     

Design of an asymmetric superconducting magnet for a Penning trap

A new 7.0 T asymmetric active shield superconducting magnet for Penning traps is proposed in this work. The magnet has two field regions whose homogeneity is better than 0.5 ppm. Linear and nonlinear methods are used for the asymmetric electromagnetic optimization. Stress analysis, mechanical design and a quench protection system design are also introduced in this paper.     

Aharanov-Bohm currents in thin superconducting cylinders

The Aharanov-Bohm effect is the influence of classically inaccessible electromagnetic fields on quantum wave functions. In this paper we consider the Ginsburg-Landau (GL) equations for the stationary states of a thin, superconducting cylinder in the presence of a curl-free, static electromagnetic potential corresponding to zero fields. We solve the GL equations explicitly to obtain self-consistent solutions for the current density, the induced field and the free energy in a well-defined and accessible approximation. The analysis makes quantitative predictions which can, in principle, be experimentally tested to provide a clear and convincing demonstration of the Aharanov-Bohm effect.