抗磁和顺磁性材料在磁场中弱磁力实验测量

对抗磁性材料和顺磁性材料在强磁场中的弱磁力进行测量.利用设计的实验装置,成功测得抗磁性石墨片和顺磁性材料铝片在永磁铁阵列表面受到的弱磁力.研究证明弱磁力的大小与磁场及磁场梯度乘积成正比.     

抗磁性物质磁悬浮可行性分析及实现

从理论和实验上说明石墨、铜等抗磁性的"非磁"物质在磁场中也受到磁场的作用力.实验中尝试了各种不同类型的永磁体序列,并利用4块一组的永磁铁序列产生梯度场,使磁铁表面上方产生可供抗磁性物质悬浮的稳定区域,成功实现了石墨的悬浮.此外,还利用顺磁性溶液及电磁铁实现了氧化铝和硅的悬浮.     

磁场中激光牵引热解石墨的理论与实验研究

利用钕铁硼永磁体搭建了悬浮平台,抗磁性物质热解石墨片做悬浮物,在光热效应下,研究了激光牵引磁悬浮热解石墨的运动机制.从悬浮物受力公式出发,将其分为磁场与热场2部分影响,结合Matlab给出理论公式与实验方案,通过实验验证了理论的自洽性.使用COMSOL进行数值模拟,给出定位情况下的受力情况、磁场分布以及热场分布等.使用COMSOL建立了相关APP,可以得到磁铁序列的磁场分布、势场分布、热解石墨片的热场分布及其在磁场中任意位置的受力.     

基于COMSOL软件的静磁场仿真与分析

本文利用COMSOL软件对于半径为1.5 mm,高度为1 mm圆柱形微小永磁铁的磁场进行了仿真,并利用切片图和体箭头图对磁铁周围的磁场进行了三维分析,利用一维绘图组对磁铁周边的平行线上的点的磁场进行了分析。通过仿真,可以对磁铁周边的某条线、某个点的磁场进行精确求解,可以让学生更直观、更形象去理解周边的磁场,更好的服务大学物理实验教学。     

二维带电自旋-1/2费米气体的磁性质

通过引入描述电荷-磁场和自旋-磁场相互作用竞争关系的自旋因子,研究了磁场和简谐势阱双重约束的二维带电自旋-1/2费米气体的磁性质.结果表明,当自旋因子很小时,系统显示出抗磁性,随着自旋因子的进一步增大,系统逐渐转变为顺磁性.自旋因子的临界值将磁化强度划分为抗磁性区和顺磁性区,临界值随磁场和温度的增大仅发生微小的改变.     

CSNS/RCS交流二极磁铁研制关键技术

针对交流二极磁铁的磁场特性和涡流问题,利用电磁场分析软件对磁铁进行了优化设计和温度场计算,确定了交流二极磁铁关键技术的方案。对交流二极磁铁极头端面采用了罗高斯基曲线和谐波削斜的方法来提高磁铁磁场质量;对铁芯端部和端板进行开槽优化设计,有效切断磁铁端部主要的涡流回路,降低了磁铁温升;磁铁线圈采用铝绞线导线进行绕制,以减少磁铁线圈内的涡流损耗。最后,通过对样机磁铁的测试,磁场均满足物理要求,磁铁温度也控制在安全范围内。     

中国散裂中子源磁铁系统和样机研制

中国散裂中子源(China Spallation Neutron Source, CSNS)快循环同步加速器(Rapid Cycling Synchrotron, RCS)磁铁由24块二极磁铁、48块四极磁铁、16块六极磁铁和若干斜四极磁铁以及校正磁铁组成, 其中二极磁铁和四极磁铁是带直流偏置的25Hz正弦交流励磁, 铁芯和线圈导体将产生不可忽视的涡流效应. 为了积累批量生产磁铁的制造经验, 探索磁铁后期处理和磁场测量方法, 已完成了中空水冷铝绞线试样线圈的研制, 启动了二极磁铁和四极磁铁样机的研制. 本文将对相关进展进行介绍.     

中国散裂中子源磁铁系统和样机研制

中国散裂中子源(china spallation Neutron source,CSNS)快循环同步加速器(Rapid cyclingSync,arotron,RCS)磁铁由24块二极磁铁、48块四极磁铁、16块六极磁铁和若干斜四极磁铁以及校正磁铁组成,其中二极磁铁和四极磁铁是带直流偏置的25Hz正弦交流励磁,铁芯和线圈导体将产生不可忽视的涡流效应.为了积累批量生产磁铁的制造经验,探索磁铁后期处理和磁场测量方法,已完成了中空水冷铝绞线试样线圈的研制,启动了二极磁铁和四极磁铁样机的研制.本文将对相关进展进行介绍.     

双管对比式楞次定律演示装置

利用圆柱形强磁铁在铜管中下落并与同尺寸圆柱形铁块自由下落相对比以验证感应磁场对强磁铁的阻碍作用,再利用螺线管配合发光二极管演示强磁铁进出螺线管时感应电流方向的变化,从两方各面验证了楞次定律.另外,利用本装置还可测量闭合回路中的感应电流等物理量.装置结构简单且可拆卸,具有组装快捷,操作方便等特点.     

真空盒对二极铁场均匀性影响的研究

通过计算机模拟计算与实验相结合,讨论了真空盒磁导率对二极磁铁磁场分布的影响.结果表明当真空盒磁导率μr≠1时,真空盒将影响磁铁磁场分布,在磁场均匀性要求很高时,必须考虑真空盒的材料与尺寸对磁场均匀性的影响.     

强磁场磁铁几何参量的优化

综合利用磁路计算和磁场计算两种方法对强磁场磁铁的几何参量进行了优化. 制作了一块磁感应强度为31kG的模型磁铁. 磁场测量结果与计算吻合得相当好.     

用磁致旋光效应估测二维磁场分布

为了克服现有测量磁场方法只能单点测量的局限性,基于法拉第磁光效应原理,提出利用磁致旋光估测磁场的方法,提高了磁场测量的效率,获得了磁场的直观分布.建立磁致旋光估测磁场的实验装置,测量了永磁体的磁场,用CCD采集了偏振光通过磁场的图像,通过程序处理可获得磁铁产生的局部磁场二维分布图,并可求得二维分布图上任意点的磁感应强度.     

CR环二极磁铁的磁场优化

FAIR项目中的CR环二极磁铁对磁场积分场的误差分布要求很高,通过削斜与加载镜像板的方法是优化磁场的主要方法,文中介绍了对二极磁铁优化方法和对它的处理方法.利用削斜的方法来改变二极磁铁积分场的误差分布,通过复杂的削斜,已将其高场的误差分布优化到±2×10-4.加镜像板的方法主要适合高场,而对低场的调节不明显.另外处理方法的选取对结果的影响也很大,文中对两种方法作了比较.优化模拟计算软件采用的是专门的磁场计算工具OPERA.     

兰州重离子治癌装置同步加速器切割磁铁研制

切割磁铁作为同步加速器注入引出的关键部件之一,对磁场及切割板结构都有严格的要求。介绍了兰州重离子治癌装置(HIMM)同步加速器切割磁铁的设计情况,基于磁场优化软件OPERA,对切割磁铁磁场均匀度及杂散场的分布进行了详细的分析。根据磁场要求优化结构设计,完成了磁铁的加工。磁场测量结果分析显示,有效场区范围内磁场均匀度优于设计结果。同时通过对磁铁端部屏蔽处理,在环内侧管道处杂散磁场降到2mT以内,满足物理设计要求。     

HIAF-BRing快脉冲二极磁铁磁场测量系统

介绍了强流重离子加速器装置HIAF(High Intensity heavy-ion Accelerator Facility)项目增强器BRing(Booster Ring)快脉冲二极磁铁的性能指标、测量要求和测量方法,描述了快脉冲二极磁铁稳态磁场测量系统及动态磁场测量系统的构成。在稳态磁场测量中,为提高积分磁场测量精度和测量效率,长线圈测量系统采用了on fly技术;在动态磁场测量中,研制了用于磁场延迟及磁场畸变测量的矩阵线圈。通过样机磁铁的测量,完成了测量系统的性能指标验证和磁铁的稳态磁场测量。实测结果表明,样机磁铁的设计和制造均达到了预期指标,并依据测量数据完成了磁铁的二次削斜。     

新学说:磁场空间分布的新概念

 在磁场空间分布的传统概念中,认为一条棒状磁铁的两端磁性最强,称为磁极,如果把棒状磁铁悬挂起来自由转动,磁棒指北的一端称为北极(N极),指南的一端称为南极(S极),棒状磁铁的中部几乎无磁性,棒状磁铁周围磁场的分布是空间位置的函数,磁场由S极向着N极方向,如图1(a)所示.地球象一条形磁铁,也有S极和N极,地球外部磁场的空间分布如图1(b)所示.     

真空盒对二极铁场均匀性影响的研究

通过计算机模拟计算与实验相结合, 讨论了真空盒磁导率对二极磁铁磁场分布的影响. 结果表明当真空盒磁导率μ_r≠1时, 真空盒将影响磁铁磁场分布, 在磁场均匀性要求很高时, 必须考虑真空盒的材料与尺寸对磁场均匀性的影响.     

电流环支承的超导球表面磁场计算

本文基于磁荷模型采用解析方法推证出电流环在超导球表面产生的磁场分布.首先不考虑超导球的抗磁性,由Biot-Savart定律计算出电流环在球面产生的磁场.再根据Meissner态超导体的边界条件,并基于磁荷模型计算出超导球的感应磁场.将电流环产生磁场与超导球的感应磁场叠加得到超导球表面的合磁场.     

单面双极性磁铁空间磁感应强度模型

两个尺寸差异较大的永磁体在同极性相对时,若迫使二者间距减小,磁铁间的相互作用力会由斥力转变为吸引力,大磁铁局部退磁,从而形成单面双极性磁铁.本文基于磁化电流理论,构建了单面双极性磁铁空间磁感应强度的分析模型,该模型能计算表面局部退磁的单面双极性磁铁的空间磁感应强度.以中心局部退磁的圆柱形永磁体为例,探讨了小磁铁尺寸和磁化强度对于该类单面双极性磁铁空间磁场的影响,证明了该单面双极性磁铁可等效为一种可调控局部空间磁场的环形磁铁,因而可为应用环形磁铁的机电系统提供新思路和理论依据.     

准矩形截面强流相对论带状电子束的传输

提出利用准矩形截面带状电子束传输强电流.相对于目前广泛采用的椭圆形截面带状电子束,在大横纵比,即电子束的宽度(横向)远大于厚度(纵向)的情况下,其厚度沿横向更加均匀,利用冷阴极爆炸发射容易产生.该电子束利于高功率微波发生器中腔体模式的控制和束波作用效率的提高,如果利用模块化的结构还可使阴极及聚焦磁铁在宽度上的扩展更加容易.首先给出了准矩形截面带状电子束空间电荷场的典型分布,然后根据该分布和束匹配的方法对相互独立的周期会切磁铁和边聚焦磁铁分别进行了设计.其中边聚焦磁铁的磁化方向与以往的纵向不同,为横向磁化,其激励的边聚焦磁场在电子束宽边的边缘附近的梯度更大,有利于横向的束匹配.最后根据理论分析的结果进行了粒子模拟.结果表明,300keV,3kA的准矩形截面强流相对论带状电子束可以在0.163T的周期会切磁场和0.064T的横向磁化边聚焦磁场中稳定传输,电流传输效率大于98%.