四注行波管周期永磁聚焦系统的优化设计

根据电子注参数、布里渊磁场公式及周期聚焦系统轴向磁通密度峰值经验公式,计算出永磁聚焦系统轴向峰值磁通密度,利用Ansoft Maxwell 3D软件建立了四注行波管周期永磁聚焦系统仿真模型,对模型结构尺寸进行了参数化分析,研究了周期永磁聚焦系统结构尺寸对聚焦系统通道内磁通密度的影响,确定了磁聚焦系统结构最佳尺寸配合,优化设计出了四注行波管周期永磁聚焦系统。其电子注通道中心轴线上轴向磁通密度峰值B_z=309 mT,横向磁通密度B_t=2.86 mT,B_t/B_z=0.92%。     

用于高功率微波器件的永磁体的设计和测试

报道了用于高功率相对论返波管振荡器的永磁体的设计和试制。以Halbach阵列结构为基础, 通过选择高性能的永磁材料, 调整磁钢的充磁方向、排列方式和尺寸, 优化设计了可用于某相对论返波管振荡器的永磁体结构, 其均匀区磁场强度0.98 T。采用粒子模拟方法, 进行了永磁体与返波管振荡器的一体化设计, 设计结果表明:器件输出功率超过1 GW, 设计的永磁体能够满足器件对磁场强度和位形的要求。对永磁体进行了试制和测试, 测试结果为:均匀区磁场0.88 T, 均匀区长110 mm, 磁体重量约306 kg。     

用于高温射频超导量子干涉器的介质谐振器的性质研究

介质谐振器是目前高温射频超导量子干涉器较常采用的一种高品质因数微波谐振器.它是由10 mm×10 mm×1 mm的SrTiO₃(STO)标准衬底及覆盖在其上的YBa₂Cu₃O_7-δ(YBCO)薄膜磁通聚焦器共同构成的.为探明磁通聚焦器构形对介质谐振器谐振频率的影响,本文采用Ansoft公司出品的HFSS高频结构仿真软件对磁通聚焦器构形不同的若干介质谐振器的谐振特性进行了仿真.结果表明:增大磁通聚焦器开     

中型太阳模拟器积分器设计

太阳模拟器能够较准确地模拟太阳辐照的准直性、均匀性和光谱特性,具有较高的空间外热流模拟精度。其主要用于航天器的热平衡试验、热涂层特性试验和材料老化试验,可以有效地检验卫星的光辐照性能,验证航天器的热设计。针对大中型太阳模拟器特性,设计一种积分器组件,可承受高温负荷,保证大中型太阳模拟器的均匀性及辐照度性能指标。介绍了太阳模拟器积分器组件原理,通过Lighttools、Flunet对积分器组件进行结构设计、热设计及仿真计算。设计结果表明,中型太阳模拟器辐照面可达到Ф2000mm,辐照度不均匀性可达到±4%。试验结构表明,系统辐照面可达到Ф2000mm,辐照度不均匀性可达到±3.75%,辐照度最高可达到1.39个太阳常数,能够满足大中型太阳模拟器使用。     

大有效面积的高Tc rf SQUID

设计和制作了一种新型结构的高Tc rf SQUID探头.在使用高温超导薄膜共面谐振器作为射频谐振回路的情况下,采用了大面积高温超导薄膜作磁聚焦器.这种结构既有利于得到低的磁通白噪声,又可加上大面积聚焦器以增大有效面积,因而容易得到高的磁场灵敏度.实验中在15 mm×15 mm的衬底上得到了有效面积为1.27 mm2,在磁通噪声为2.1×10-5φ0/Hz时,磁场灵敏度为34fT/Hz.该结构易于推广应用到更高频率的高Tc rf SQUID.     

大口径空间反射镜Cartwheel型柔性支撑设计

针对同轴三反式空间光学遥感器对大口径主反射镜组件的高刚度、高强度、高热稳定性等特殊要求,提出一种基于Cartwheel型双轴柔铰的三点柔性支撑结构。首先利用无量纲方法研究了单个柔性支撑的柔度特性,然后利用有限元方法对反射镜组件的静力学、动力学与热特性进行灵敏度分析,确定了支撑结构中柔性环节的几何尺寸参数,并进行了有限元数值仿真。最后,利用面形值为λ/40均方根(RMS)的非球面镜进行了反射镜组件面形检测实验并利用等效球面镜组件进行了动力学实验。仿真与实验结果表明:当柔性环节尺寸为:壁厚t=8mm,直梁高度h=4mm,直梁长度L=8mm时,在正交三向自重与15℃稳态温升作用下,反射镜面形精度RMS小于12nm;反射镜组件一阶固有频率实验值为296Hz,与仿真结果相差6%,能够满足使用要求。     

周期永磁环爆磁压缩发生器

 首次提出了利用周期永磁环做初始能源的螺旋型爆磁压缩发生器，该结构由4节永磁环正反排到组成。阐述了这种周期永磁环爆磁压缩发生器的结构及其特点，并利用等效电路模型分析了轴线起爆周期永磁环爆磁压缩发生器的磁通变化规律和爆磁压缩过程，得到了基本的电流变化关系。 分析及数值计算结果表明：这种周期永磁环爆磁压缩发生器能够实现电流放大，在磁化电流为0.13 MA，磁化回路负载电感为1.0 μH条件下，最终输出电流可达0.16 MA。周期永磁环可以作为爆磁压缩发生器的初始能源，这种概念设计值得进行进一步的实验探索。     

TSPMP法制备的单畴GdBaCuO块材的磁悬浮力和捕获磁通的特性研究

本文对φ20mm,φ30mm的GdBaCuO超导块材在液氮温区的磁悬浮特性及捕获磁通进行了研究,77K零场冷条件下,GdBaCuO超导块材磁悬浮力密度在2～10N/cm2.对不同Gd211含量的GdBaCuO超导块材的磁悬浮力和捕获磁通性能进行了对比,发现对φ30mm的样品,40%molGd211(Gd1.8)的GdBaCuO超导块材捕获磁通性能最高.同时对比了GdBaCuO和YBCO超导块材的磁悬浮力和捕获磁通性能,结果表明GdBaCuO与YBCO超导块材在相同的磁悬浮力性能下,捕获磁通性能大于YBCO超导块材.     

粉末粒度离散性对NdFeB磁性能的影响

制备了一种NdFeB永磁材料,探讨了制粉前处理方式对粉末离散性、粒径及成品NdFeB永磁体结构与性能的影响。原材料经熔炼、粗破碎后,采用高速风选和高压氢爆2种制粉前处理方式,然后采用同样的成型、烧结和回火工艺制备得到(PrNd)32.3Nb0.70Al0.60Cu0.20B1.03Fe65.17合金,并系统研究了该合金的显微结构和磁性能。结果表明:高压氢爆处理后得到的粉末粒度呈单分散性,粉末粒径较细,所制备得到的磁体样品的微观结构均匀性也较好;高压氢爆处理后制得的磁体样品剩余磁通密度比高速风选制粉方式得到的磁体样品高0.047 T,内禀矫顽力高 193.4 kAm－1,最大磁能积高24.6 kJm－３。     

高稳定性星载多普勒差分干涉仪支撑结构设计

为了保证星载测风多普勒差分干涉仪的力学稳定性和热稳定性,设计了一种低热传导微应力装夹支撑结构,采用胶合与弹性压紧相结合的方法对干涉仪进行安装.首先,结合多普勒差分干涉仪的结构特点和稳定性要求,采用四点环形凸台的粘接形式对底座粘接面进行了优化设计,并与已有的网格化多点凸台粘接面形式进行对比.然后,针对随机振动条件下干涉仪与底座粘接面响应应力过大的问题,设计了施加预紧力的压盖结构来提高粘接可靠性.最后,对干涉仪组件进行了有限元仿真和环境振动试验,分析和验证了干涉仪组件的低热传导性和力学可靠性.结果表明,所设计的四点环形凸台粘接形式相较于已有粘接形式在相同条件下由底座导入光学组件的热量减少了63.54%,随机振动时粘接面最大响应应力为2MPa,干涉仪组件的模态频率均在1 900Hz以上;有限元仿真与试验结果的相对误差均在8.6%以内.基于四点环形凸台面粘接并施加预紧力的干涉仪组件具有低热传导、高力学可靠性的特点,结构设计合理,性能可靠.     

磁场可调永磁离子源

研制了一台磁场可调微波离子源, 在离子源放电室处需要的磁场由一组永久磁铁产生, 永久磁铁外部安装了铁磁回路, 铁磁回路的结构可以很容易的手动调整, 通过调整铁磁回路的结构, 可以在放电室产生要求的磁场. 在调试过程中, 也可以调整铁磁回路以改变离子源内部磁场结构, 有利于获得最佳放电条件. 该源在测试中, 从3mm直径的引出孔引出了17mA的离子束.     

高功率光隔离器永磁系统的理论研究与优化

基于Halbach阵列永磁体的特点以及光隔离器对磁场的需求,设计了两种适用于高功率隔离器的永磁系统,分析了其磁场分布、磁场非均匀性对隔离度的影响,研究了磁体装配误差对磁场的影响。研究结果表明:通过引入斜向磁化永磁体,选择合适的磁化角度和磁体长度,可以提高永磁体的磁场强度,大幅度减小旋转器所需磁光晶体长度;受磁场非均匀性影响的隔离度与磁光晶体的孔径、长度以及入射激光的光斑半径有关,当晶体长度一定时,减小晶体半径和入射光的半径可以显著提高隔离度。在入射光半径为1.5mm、磁光晶体半径5mm时,对应的隔离度分别为105.8dB和45.4dB。     

几组特殊形状永磁体的磁场及梯度COMSOL分析

利用COMSOL"静磁场,无电流"的应用模式给出了相对放置的永磁条、具有磁回路结构的磁轭磁极、环形磁体的磁场分布图,并分析了这3组磁体的磁场和梯度情况,更关注于均匀磁场和恒梯度磁场的分布情况。     

辅助永磁体厚度对单畴GdBCO超导体捕获磁场分布及其磁悬浮力的影响

研究了两种磁悬浮系统组态中圆台形辅助永磁体厚度对高温超导体捕获磁场和超导磁悬浮力的影响。结果表明,圆台形辅助永磁体的下表面和GdBCO超导体上表面同处在一个水平面上,磁化用圆台形辅助永磁体的厚度H从5 mm增加到45 mm时,超导体捕获磁场和磁悬浮力与圆台形辅助永磁体的厚度直接相关。（1）当圆台形辅助永磁体的北极垂直向上且用液氮冷却后移除辅助永磁体时,最大磁悬浮力从21.8 N增大到26.5 N,再减小到22.9 N;（2）当圆台形辅助永磁体的北极垂直向下且用液氮冷却后移除辅助永磁体时,最大磁悬浮力从20.5 N减小到11.9 N ,再增加到20.4 N;（3）两种磁悬浮系统组态中最大磁悬浮力不一致,与零场冷情况下的最大磁悬浮力14.6 N也不同。在超导磁悬浮应用系统设计中,只有科学选择辅助永磁体形状和尺寸,合理设计组合方式,才能获得较强的磁场强度,提高超导磁悬浮力特性,该结果对促进高温超导体的实际应用具有重要的指导作用。     

永磁体外部磁场的不均匀性研究

从永磁体的分子电流观点、退磁场、工艺等出发, 以矩形永磁体为例, 从理论上分析了影响永磁体外部磁场不均匀性的各种因素.研究结果表明, 永磁体外部磁场宏观不均匀性(好场区均匀度和面积相对大小) 和空间距离及永磁体的外形设计密切相关. 退磁场对永磁体外部磁场微观不均匀性有着复杂影响. 永磁体工艺如粉末颗粒、取向度、烧结凝固、机械加工等将影响永磁体外部磁场的不均匀性, 如磁化偏角、对称性、光滑性等. 关键词： 永磁体 外部磁场 不均匀性 退磁场     

W波段扩展互作用速调管电子光学系统

W波段扩展互作用速调管电子光学系统由皮尔斯电子枪与均匀永磁聚焦系统组成,用于电子注的产生与传输。利用Vaughan迭代综合法及数值模拟优化设计了皮尔斯电子枪,并按照电子注传输特性要求研制了均匀永磁聚焦结构。根据电子光学系统的三维模拟,导流系数0.21μP,注电流大于0.5A,注平均半径小于0.3mm,射程大于11mm。永磁聚焦磁场约0.33T,传输距离大于50mm,电子注通过率达到100%。电子枪与聚焦系统已加工完毕并通过测试,技术指标满足要求。     

Simple mobile single-sided NMR apparatus with a relatively homogeneous B0 distribution

This work presents a simple design for a mobile single-sided nuclear magnetic resonance (NMR) apparatus with a relatively homogeneous static magnetic field (B₀) distribution. In the proposed design, the B₀ magnetic field of the apparatus is synthesized using only two permanent magnet blocks, i.e., a cube (main) magnet and a small shim magnet placed above the main magnet. The magnetic flux of the shim magnet partially cancels out that of the main magnet, subsequently creating a smooth B₀ profile above the shim magnet where low-resolution NMR experiments are performed. Compared with many previously published designs, this straightforward design simplifies the construction of the apparatus and simultaneously generates a B₀ field parallel to the apparatus surface, allowing the use of a simple loop-type radiofrequency (RF) coil. Additionally, an apparatus prototype is constructed according to the proposed design. Weighing only 1.8 kg, the constructed apparatus has a compact structure and can be held in the palm of a hand. The apparatus generates a B₀ strength of about 0.0746 T. Within a B₀ field deviation of 3 mT, the region with a relatively homogeneous B₀ distribution extends to about 11 mm above the shim magnet. The proposed apparatus can detect a clear Hahn echo or Carr-Purcell-Meiboom-Gill (CPMG) echoes of a pencil eraser block or a bottle of oil placed on the apparatus in 5 s with signal averaging using an RF transmitter power of only 19 W; the detection range of the apparatus exceeds 6 mm. The strength of the residual static magnetic field gradient of the apparatus is roughly estimated at 0.58 T/m. Applying different CPMG echo spacings in this residual static gradient leads to various transverse relaxation time (T₂) contrasts for liquids with distinct viscosities such as water and oil. Two nondestructive inspection applications of the apparatus, including correlating the concentrations of magnetic nanoparticle solutions with their measured transverse relaxation rates (R₂) and monitoring the outgassing from an opened bottle of oxygen-supersaturated water by measuring its longitudinal relaxation rate (R₁), are also demonstrated.     

强流环形电子束在同轴永磁Halbach结构磁路中传输的初步分析

利用有限元程序SUPERFISH计算求解了同轴永磁Halbach结构磁路的磁场, 并推导出该磁场位形磁感应强度各分量的近似表达式. 利用流体模型分析了作用在电子束上的力并导出了改进马丢方程形式的径向力平衡方程, 给出了平衡条件; 利用2.5维全电磁粒子模拟程序研究了强流环形电子束在该周期系统中传输的物理过程. 计算得出强流相对论电子束的稳定传输与电子束电流, 电子束厚度, 磁场强度, 电子束入射角度等因素有关. 分析认为利用同轴永磁Halbach结构磁路导引数KA的环形电子束, 并使之稳定传输是可能的. 同时该磁场聚焦形式也为Ubitron中的束--波相互作用提供了一个作用机制.     

Comparison of adjustable permanent magnetic field sources

A permanent magnet assembly in which the flux density can be altered by a mechanical operation is often significantly smaller than comparable electromagnets and also requires no electrical power to operate. In this paper five permanent magnet designs in which the magnetic flux density can be altered are analyzed using numerical simulations, and compared based on the generated magnetic flux density in a sample volume and the amount of magnet material used. The designs are the concentric Halbach cylinder, the two half Halbach cylinders, the two linear Halbach arrays and the four and six rod mangle. The concentric Halbach cylinder design is found to be the best performing design, i.e. the design that provides the most magnetic flux density using the least amount of magnet material. A concentric Halbach cylinder has been constructed and the magnetic flux density, the homogeneity and the direction of the magnetic field are measured and compared with numerical simulation and a good agrement is found.     

空心圆柱形永磁体内径对单畴GdBCO超导块材磁悬浮力的影响

通过对空心圆柱形永磁体与单畴GdBCO超导体磁悬浮力的实验测量,研究了空心圆柱形永磁体内径(d)的变化对超导体磁悬浮力的影响.结果发现,当空心圆柱形永磁体内径从0 mm增加到26 mm时,超导磁悬浮力大小与空心圆柱形永磁体内径有着密切关系(最小测量间距Z=2 mm),所有超导磁悬浮力曲线都存在磁滞现象.随着空心圆柱形永磁体内径的增大,最小间距处超导磁悬浮力逐渐减小,从d=0 mm时的14.8 N减小为d=26 mm时的-0.1 N,d≥20 mm时,最小间距处超导磁悬浮力出现负值;当0 mm≤d5 mm时,超导体最大磁悬浮力出现在最小间距处,d≥5 mm时,超导磁悬浮力先增大后减小,最大超导磁悬浮力产生的位置随着内径的增大而变大.研究表明:只有科学合理地设计永磁体结构参数,才能获得较大的磁场强度,提高超导磁悬浮力特性.该结果对设计并优化磁悬浮轴承系统、环形轨道和超导体的实际应用具有一定的指导意义.