加速器超导磁体失超泄放安全问题的研究

加速器超导磁体失超会导致恒温器中液氦蒸发并泄放到隧道内,引发ODH(Oxygen Deficiency Hazard)风险。有效地利用数值模拟和风洞实验可以对泄放过程进行研究,并且给出安全泄放流态的判据。本文对国内外超导加速器安全泄放案例进行分析,总结出影响安全泄放的主要因素,为国内大型超导加速器安全泄放设计提供参考。     

ADS注入器Ⅱ超导螺线管的初步测试

介绍了加速器驱动次临界系统（ADS）注入器Ⅱ束流聚焦单元超导螺线管的初步测试。 该测试在高度1 600 mm、 直径510 mm的垂直杜瓦中, 利用型号为cryogenic sms的超导电源对磁体进行了励磁, 并利用霍尔探头测试了其轴向磁场分布情况和漏场情况, 其中心磁场励磁后可达8.20 T, 漏场分布和计算值的相对误差小于10%。 同时, 对励磁过程中骨架的应力应变状态做了测试。 对测试结果的分析表明, 骨架结构设计合理, 应变状态变化平稳, 磁体低温稳定性能良好。The preliminary test of the superconducting solenoid for ADS injectorⅡhas been carried out in order to measure its performances. A vertical dewar with height 1 600 mm and outer diameter 510 mm was employed for this test. The magnet was energized by a cryogenic sms superconducting magnet current source. The axial magnetic distribution and leakage field were also tested through hall probes. The center field can be excited up to 8.20 T and the relative diviation between the measured value and the calculated value of the stray and leakage field is less than 10%. The measurements of the strain and stress status of the magnet skeleton show that the distortion is small and the mechanical performance is robust.     

中国科学院近代物理研究所磁体工程进展概述(英文)

本文着重论述了中国科学院近代物理研究所目前正在研制的三大磁体工程,它们包括重离子治癌工程(HIMM),强流重离子加速器(HIAF)工程,以及加速器驱动次临界系统(ADS)。在HIMM工程中的常规磁体建设中,着重介绍了联合运用钝化槽与活极头两项技术改善磁场品质的设计方法,并且运用Opera-3D设计软件,对该类高场常规磁体进行了数值分析,进一步地测量了该磁体磁场分布情况,相关的测量结果与数值模拟结果吻合良好。而对于正在处于预研阶段的HIAF工程中的快脉冲超导二极磁体,讨论了超导磁体的前期设计与结构优化技术,包括CACC超导线缆的结构设计,80 K冷屏与线圈盒结构的优化,力-磁耦合结构计算方法等。而在嬗变核废料处理的C-ADS注入器II中,核心部件是具有高磁场(高达7～8 T)的多层复合超导螺线管磁体结构,介绍了其在励磁和失超过程中相关磁学和力学多场实验测试工作。这些相关的设计和测量技术将为中国科学院近代物理研究所自主研制的磁体工程的物理和结构设计提供方法和指导。     

HL-LHC双孔径校正超导磁体低温测试实验研究

双孔径校正超导磁体是大型强子对撞机亮度升级项目的重要组成部分,在4.2 K低温环境下对该磁体进行励磁及性能测试。为避免磁体在降温过程中产生较大的热应力,要求降温过程中磁体各点最大温差不超过30 K。同时,为节省液氦与降温梯度均匀,特设计了一个铜筒体结构用于该磁体的降温和测试,降温过程分为液氮换热降温和液氦直冷降温两个阶段。实验测试结果表明静态液氦消耗速率为55.571 L/h,电流为407 A失超时液氦总消耗52 L、静态消耗16.116 L、内部泄能消耗22.08 L,即液氦消耗不仅包括测试系统的静态消耗、泄能消耗,还存在液氦溢出损耗。     

超导磁体预冷回热组件设计与动态模拟

为满足强流重离子加速器装置(HIAF)中各类超导磁体300～80 K的预冷需求,设计一套液氮为冷源、氦气为循环介质的预冷回热组件。采用Aspen HYSYS对预冷回热组件300～80 K降温过程进行动态模拟,分析了组件模式切换时三种典型工况下系统的瞬态热工水力特性。结果表明预冷回热组件在最大流量30 g/s时可实现温度300～80 K连续可调,调节精度优于±3 K,可为HIAF各类磁体测试提供稳定可靠的冷源。     

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。     

Development of a superconducting solenoid for CADS

A superconducting focusing solenoid has been designed and developed for the China Accelerator Driven System (CADS). In order to meet the requirement of focusing strength and fringe field while minimizing the physical size of the solenoid, the novel optimizing design method based on a linear programming method was employed. In this report, the design of the solenoid including magnetic field optimization, mechanical design and quench protection will be introduced. The solenoid has been fabricated and tested. The testing results show that the central field reached 8.4 T and the stray field was lower than 50 Gauss in the cavity zone.