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。     

2.0T斜螺线管型超导二极磁体设计

基于一种新型的斜螺线管型线圈结构,我们设计了一台2.0T超导二极磁体样机。该磁体由4层斜螺线管线圈组成,工作电流为2960A。线圈孔径为40mm,其中好场区达到了孔径的2/3。由于线圈形状的特殊性,其端部结构无需优化,各高阶谐波量沿轴向积分为零。文中介绍了斜螺线管型线圈的特点和原理,借助两种电磁场分析软件,完成了超导二极磁体的磁场设计,最后简要介绍磁体的加工情况。     

Calculation of magnetic field in the region of the superconducting winding of window frame dipole for particle accelerators

The necessity of simulations in design of superconducting dipole magnets is due to the following circumstances. First, the critical current as a function of the magnetic field I _c(B) for the multicore superconducting cable which drops strongly requires the knowledge of the value of maximum magnetic field “felt” by its coils for estimation of the working current of the magnet. Second, for choosing the optimal number of coils of the winding (1 or 2) and the working current of the magnet, the ratio of B _max for the inner and outer layers of the dipole magnet winding should be known. Since usually the length of the dipole magnet exceeds many times its transverse size, in this work all calculations of B(x, y) are performed in the transverse plane crossing the center of the magnet. The field at the central point is chosen to be B(0, 0) = 2 T (this is the characteristic working value close to the maximum value in the dipole magnet of this type). In this work, the results of calculation of B(x, y) for single-and double-layered windings with 8 and 16 coils from circular hollow cable are presented.     

欧洲FAIR中超导二极磁体样机的初步设计与分析

介绍了欧洲FAIR超导二极磁体样机设计的背景及设计要求,以及磁体样机的几个大部件及其作用。用有限元分析软件ANSYS进行了线圈电磁性能分析,得到其磁场、电感、储能随电流的变化曲线,并对其中的一个部件线圈盒进行了结构分析,为下一步的设计提供参考。     

FAIR超导二极磁体实验失超保护系统设计与分析

阐述了超导磁体线圈实验过程中采用的平衡桥路电压失超检测及保护方案,对超导磁体电压失超检测电路进行了分析,提出了平衡桥路失超电压检测法选取原则。     

反质子和离子加速器收集环的超导二极磁体设计

介绍了德国FAIR工程中的收集环(CR)超导二极磁体的工程设计。用CATIA软件建立了CR超导二极磁体的三维模型,并用ANSYS软件对建立的1/4模型进行了磁场和电磁力的分析,基于磁场分析对线圈盒进行了位移和应力的初步分析,并对磁体失超后液氦容器可能出现的最大位移和最大应力进行了分析。进行的分析研究为实验磁体和产品磁体的制造提供了必要的参数。     

FAIR工程中CR二极超导磁体样机的结构分析

介绍了德国FAIR(The Facility for Antiproton and Ion Research)工程中收集环CR(Collector Ring)二极超导磁体的结构设计;用CATIA软件建立了CR二极超导磁体的三维模型,并用有限元分析软件ANSYS对建立的模型进行了磁场和电磁力的分析;基于磁场分析对线圈盒进行了位移和应力的分析;对磁体失超后液氦容器可能出现的最大位移和最大应力进行了分析,为正式磁体的制造提供了必要的参数。     

高磁场磁共振超导磁体电源的拓扑设计与分析

针对高磁场磁共振大孔径人体成像系统中超导磁体电源在励磁时向磁体充能、退磁时把能量“逆变” 回电网的设计要求,比较了两种能量回馈型的拓扑结构。通过 Matlab 仿真分析,验证了拟采用的拓扑结构的合 理性。      

迫流冷却二极NbTi超导磁体的研究

首先介绍了导体的测试结果;其次,为评估迫流冷却的二极NbTi超导磁体正常工况下对液氦产生的低温热负荷,基于surf152表面效应单元对线圈盒进行了辐射传热分析;此外,为减小通过线圈盒支撑的传导热负荷并且提高其机械强度,依据线圈盒支撑杆的设计尺寸,提出使用玻璃纤维经过三维编织的各向异性复合材料-G10制作线圈盒支撑杆,从...     

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阐述了FAIR收集环二极超导磁体电流引线的基本原理,给出了电流引线的主要参数及初步设计方案,提出了使用复合材料和通过结构优化以减小电流引线的漏热,并根据电流引线的传热特性进行了漏热的分析和计算,实验结果验证了概念设计的可行性。     

FAIR收集环二极超导磁体电流引线的概念设计

阐述了FAIR收集环二极超导磁体电流引线的基本原理,给出了电流引线的主要参数及初步设计方案,提出了使用复合材料和通过结构优化以减小电流引线的漏热,并根据电流引线的传热特性进行了漏热的分析和计算,实验结果验证了概念设计的可行性。     

FAIR二极超导磁体样机结构稳定性的初步研究

冷质部件的支撑是FAIR二极超导磁体样机中的关键部件,它们对于保持线圈的空间位形起到至关重要的作用,因此,对其开展稳定性的研究是十分必要的。为此,文中基于压杆稳定的理论和有限元法,对支撑进行了稳定性的研究,为支撑力学性能的评估、结构的优化设计和磁体样机的工程设计提供了参考依据。     

GSI加速器超导二极磁体的绝缘结构及其力学分析

主要介绍超导二级磁体的绝缘结构,绝缘材料的特性,绝缘结构的形成工艺(VPI)。用有限元分析软件ANSYS对绝缘结构进行了力学分析。     

超导斜螺线管型二极磁体失超保护研究

超导磁体一旦失超,短时间的能量释放将使磁体产生很大的内电压和局部温升,如果冲击过大,可能损坏磁体,因此超导磁体的失超传播过程模拟具有重要的意义。超导斜螺线管型二极磁体因其显著优点,在小型加速器和离子束治癌装置上有很好的应用前景,近代物理研究所强流重离子加速器(HIAF)也拟采用该型结构作备选方案,但是由于其特殊的线圈形式,传统的失超模拟方法不再适用。本文采用逻辑坐标与失超传播速度结合的方法模拟了一小型实验磁体的失超传播过程,得到该型磁体失超后电流、电压、温度等相关物理量的变化情况,并比较分析了该类型磁体的失超特点。     

7T大口径NbTi超导磁体降温通电实验

介绍了用于超导导体测试用超导磁体降温通电实验,降温采用500W@4.5K制冷机系统。300—10K直接采用冷He气循环冷却超导磁体,温度低于10K直接输入LHe。该磁体在4.2K温度下可通1000A的电流,其中心磁场为7T,储能为3M J。     

1.5 T关节磁共振成像超导磁体的设计、制作与测试

磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)是当今世界上最先进的医学影像技术之一,现阶段MRI技术正朝着成像质量更清晰、功能更强大、效率更高、个体化更强的趋势发展.与全身MRI设备相比,专科型MRI设备具有体积小、重量轻、成本低、病人舒适度高、成像质量高、功能更强等优点.但是关节专用超导MRI系统需要长度方向上被严格限制的超导磁体在160 mm直径球域(diameter sphere volume,DSV)内产生高均匀度的磁场.本文综合考虑了超导线用量、中心磁感应强度和成像区磁场不均匀度等因素,使用0-1规划和遗传算法相结合的方法设计了一种非屏蔽型1.5 T关节MRI超导磁体,该磁体的室温孔径为280 mm,总长度为520 mm,液氦量为30 L,载流区最大磁场为5.48 T,5高斯线范围为径向3.2 m、轴向2.6 m,160 mm DSV的磁场不均匀度设计值为22 ppm,考虑加工误差及冷缩因素,磁体加工完成并经过被动匀场后的预估值为60 ppm.经过绕制、固化、组装、焊接等工序,该磁体已制作完成.经过3次锻炼后成功励磁到1.5 T,经过被动匀场后160 mm DSV的磁场不均匀度达到50 ppm,各项指标均达到设计目标.     

Shim coil design for Halbach magnet by equivalent magnetic dipole method

Low-field nuclear magnetic resonance magnet(2 MHz) is required for rock core analysis. However, due to its low field strength, it is hard to achieve a high uniform B_0 field only by using the passive shimming. Therefore, active shimming is necessarily used to further improve uniformity for Halbach magnet. In this work, an equivalent magnetic dipole method is presented for designing shim coils. The minimization of the coil power dissipation is considered as an optimal object to minimize coil heating effect, and the deviation from the target field is selected as a penalty function term. The lsqnonlin optimization toolbox of MATLAB is used to solve the optimization problem. Eight shim coils are obtained in accordance with the contour of the stream function. We simulate each shim coil by ANSYS Maxwell software to verify the validity of the designed coils. Measurement results of the field distribution of these coils are consistent with those of the target fields.The uniformity of the B_0 field is improved from 114.2 ppm to 26.9 ppm after using these shim coils.     

ITER校正场磁体超导接头的设计与测试

设计了一种超导接头用于ITER校正场线圈和超导电流引线之间电流和液氦传输。介绍了校正场线圈超导接头和超导体的结构,计算了接头的直流电阻,确定了合理的超导接头制造工艺。超导接头样品电阻的检测值为1.4nΩ,低于5nΩ的设计值。     

Energy efficient iron based electronic field cycling magnet

A new concept for an energy efficient electromagnet for fast field cycling NMR applications as well as its construction and first test results are presented. The magnet, which provides a rectangular sample space of 17 × 25 mm, has an iron yoke and pole pieces optimised with respect to the B₀ homogeneity. The maximum field is 0.66 T at a current of 320 A; its field inhomogeneity for a cylindrical sample (length 7 mm, diameter 6 mm) is about 50 ppm. The power dissipation during polarisation at 0.55 T is as low as 1.4 kW. The magnet is powered by a commercially available power supply and can be rapidly switched with a slew rate of 0.55 T/ms. The system has shown a stability of 50 ppm/h.     

FAIR收集环二极超导磁体外杜瓦泄放系统的概念设计

对FAIR(Facility for Antiproton and Ion Research)收集环-CR(Collector Ring)二极超导磁体外杜瓦的超压泄放系统进行了概念设计,给出了爆破片式的泄放系统结构,并基于ANSYS的结构分析初步确定了爆破片的结构参数;以及通过ANSYS对波纹管和外杜瓦进行了结构分析,分析结果表明波纹管和外杜瓦在超压状态下安全。文中的设计和分析研究,为外杜瓦的工程设计提供了有益的参考。