高场超导磁体科学技术与应用

科学技术的发展对于磁场强度质量的要求越来越高,极端强磁场条件是人类追求的永远的科学目标,它孕育着许多重大的科学发现和新技术的产生,对人类的科学和技术以及生活产生重大的影响.以磁体为核心与电力电子器件以及相关的软件等结合可以构成各种各样科学仪器和装置,广泛应用在科学研究和工业特种装备中.磁技术对于人类的科学与技术进步起到越来越重要的作用,尤其是极高磁场所带来的诸多优点,使得人类对于物质世界认识不断加深,对于生命的起源以及从事疾病的防治的研究有特别重要的意义.本文介绍磁体基本原理、磁场产生的方法与应用以及相关的发展.     

高温超导体指数损耗的有限元数值分析及相关问题讨论

本文从高温超导体的非线性E～J指数关系式出发,分析了热致磁通蠕动模型下其等效电导率的特性,讨论如何建立针对这种非线性电导率的有限元计算模型,然后分别给出计算交流磁化损耗和传输损耗的二维数值仿真模型,模型针对银基Bi-2223带材,施加相应的边界条件可以计算不同物理条件下的交流损耗.分析此数值模型所得到的带材横截面中电流密度分布特点以及交流损耗热功率的值,并与利用相关解析式得到的结果作对比,证明此二维模型完全适用于分析多种复杂物理条件下超导体的交流损耗问题.     

基于ANSYS的传导冷却超导磁体系统的热分析

在传导冷却超导磁体系统中,超导磁体与系统其它部分的温度平衡过程是依靠固体间的热传导来实现热量传递的。由于超导磁体和冷屏等低温部件冷却条件的差异,将导致磁体内部各处和冷屏不同部位的温度分布不均匀。分析研究超导磁体系统的低温温度分布状况,对于低温系统的热设计和磁体的温度裕度设计具有重要意义。文中借助于ANSYS有限元分析软件,建立了一个大口径传导冷却超导磁体低温系统的稳态三维热分析模型,仿真了超导磁体和冷屏的空间温度场,得到了传导冷却超导磁体低温系统的热分布规律。该分析结果对于大口径传导冷却超导磁体的低温系统设计具有重要的参考价值。     

铑铁电阻温度计低温性能测试

针对一种商用铑铁电阻温度计进行了低温下的工作性能研究。对传感器进行了常温和液氮温度下的两点校正,校正结果验证了厂商提供的电阻温度拟合关系式。另外,还对该铑铁传感器连续进行了三次热循环实验。实验前,传感器的液氮温度稳定性优于20mK,而在实验后其温度稳定性优于30mK,满足工程应用的要求。所有实验结果表明,该铑铁电阻温度计性能可靠稳定,为其在超导磁体系统中的进一步应用提供了基础。     

YBCO线圈在低温下的温度仿真分析

近几年,高温超导线材的制造技术已日趋成熟。作为第二代高温超导带材的代表,YBCO在低温下具有的优点使其在超导磁体领域的应用越来越突出。但是在高温超导磁体的运行中会因为受到扰动而失超。为了探讨这个问题,模拟了一个磁体在低温下(20K左右)有加热点扰动时的稳定性情况,即对YBCO线圈在低温下的工作情况进行了模拟仿真。文中根据实验设计的YBCO单饼线圈参数,利用热传导方程和基本电路方程,采用有限元计算方法,模拟出线圈内部的温度分布。分析仿真结果可以为后续实验设计提供参考。     

传导冷却高温超导磁体的电磁分析

本文对高温超导双饼线圈的绕制、测试和结果进行了讨论和分析,在此基础之上对传导冷却高温超导磁体进行了电磁分析,通过对6到21个双饼线圈组成的磁体的各种参数进行计算,得到了一系列变化曲线,从中可以看到各个参数的变化趋势,以便有效设计高温超导磁体.     

25T超导磁体优化中线圈数量影响分析

20 T以上强磁场在高场科学工程中有着不可替代的作用. 电工研究所正在研制一个25 T全超导磁体系统, 包括15 T背景磁场和10 T高温超导内插磁体. 在磁体的设计和优化中, 线圈的数量和种类对于最终优化结果十分关键. 为了研究磁体数量和磁体相关参数的关系, 计算了20 组不同的线圈组合下磁体的优化结果. 优化中除了考虑必要的限制条件以外, 还采用了一种结合局部优化算法和全局优化算法的方法. 通过对比分析发现, 线圈数量和磁体造价之间, 存在一个“V”形的关系. 更进一步地, 本文分析了不同超导体在磁体中应该贡献的最佳磁场, 以及背景磁体统一供电给优化结果带来的影响.     

目标场法在悬浮超导球体的球形线圈设计中的应用

文中把目标场法引入到悬浮超导球体的球形线圈设计中,根据目标场法产生均匀磁场的原理,通过离散化绕组来近似处理球形线圈在超导球体和球形线圈的间隙内产生均匀磁场的电流密度分布规律。利用有限元分析和验证,在超导球体与球形线圈之间的间隙内产生了具有很好均匀性的悬浮磁场,这会明显提高超导球体悬浮的刚度和稳定性。     

低温下测量超导球转子极轴偏角的光学读取系统的研究

本文介绍了一种低温下测量超导球转子极轴偏角的光学读取系统及其读取原理,讨论了光学读取系统照明产生的热量对转子正常工作的影响.分析结果表明,此光学读取系统可用于液氦温区下测量超导球转子的极轴偏角.     

超导块材间狭窄缝隙中静磁场分布简化计算方法及应用

本文分析了超导体间静磁场分布的简化计算问题,并将推导的结论应用于超导飞轮设计中,数值计算结果证明分析方法是正确的,应用是有效的.