基于Python的托卡马克磁场快速计算程序

本文编写了一个快速计算托卡马克磁体磁场的程序。该程序基于Python语言编写,使用可视化界面来输入磁体参数,建立模型;采用解析方法计算磁场;并采用图形界面展示磁场计算结果。通过与有限元软件磁场计算结果对比表明,该程序的计算速度可达到有限元软件的十倍左右,可快速进行托卡马克磁体系统的建模与磁场计算,有利于更快地开展托卡马克磁体系统的设计与分析。     

高温超导二极磁体样机设计与测试

高温超导二极磁体是强流重离子加速装置(HIAF)的重要组成部分,能够为离子偏转提供均匀、快速变化的磁场。文中介绍了高温超导二极磁体样机的电磁设计、结构设计、加工与装配。磁体主体由Bi系跑道线圈、E型铁芯组成,线圈通流30A时气隙中心磁感应强度达到1T。通过线圈和磁体直流测试,得到了线圈的临界电流、气隙中心磁场随电流的变化曲线、磁体的最大工作电流;通过磁体交流测试,验证了高温超导磁体18.2T/s的快速变场速率。     

利用Monte Carlo进行MRI主磁体的优化设计

磁共振成像（MRI）中的磁体系统是MRI整体装置的主体,而主磁体作为磁体系统的核心,为整个磁体系统提供基础磁场。其磁场位型、均匀性直接关系到磁体系统其它组件的设计以及最终的性能。文中提出一种利用ANSYS中的概率设计——Monte Carlo进行主磁体优化的设计方法,使得中心场区的磁场偏差从几千ppm降低到120 ppm左右。达到设计的目的．     

基于磁通门和时域数字鉴频的磁场锁定系统

永磁型磁共振仪器的磁体易受温度和其他环境磁场干扰,造成主磁场波动,进而影响仪器测量的重复性和准确性．本文讨论了两种解决磁场波动的锁定方法：一方面,通过磁通门传感器对环境波动引起的瞬态磁场进行高灵敏探测,然后采用现场可编程门阵列进行实时处理并计算磁场补偿量;另一方面,针对环境温度变化引起的缓慢磁场偏移,则采用时域数字鉴频锁场方法,在对锁样品进行射频激发后,将磁共振信号通过混频变换到较低的频率范围,再转换为方波,然后直接送入现场可编程门阵列进行周期测量,并计算磁场补偿量．将两种方法获得的磁场补偿量叠加后,再转换为电流信号驱动安装在磁体上的B₀补偿线圈,并研制了一套磁场锁定系统,以实现对磁场的锁定.在0.5 T食品快检磁共振分析仪上进行测试验证,结果显示当受到瞬态干扰时,可将磁场稳定在±4 Hz(对应磁场为±0.093 9μT)范围内,同时也可以精准测量温度造成的磁场偏移,该结果验证了本文磁场锁定方法的可行性．     

J-TEXT装置纵场电源系统及其调试

J-TEXT装置的纵场磁体是由十六个近似圆形的常规铜线圈串联而成。纵场电源系统需要为纵场磁体提供最大电流为160kA、平顶时间为500ms的准梯形电流波形,以在等离子体中心产生最大为3T的磁场。基于原TEXT-U纵场电源的电路结构,重新设计和改造了电源的控制系统和保护系统。目前,纵场电源系统已经通过了测试,在J-TEXT装置首轮放电运行中,该系统可输出92.5kA的平顶电流,在等离子体中心产生了约1.74T的磁场。     

无绝缘高温超导跑道型磁体设计

环向场磁体是ITER托卡马克装置中的核心部分,采用无绝缘高温超导磁体技术能使其产生更高的稳态场。文中介绍了无绝缘高温超导磁体技术的原理和特点,并以跑道型磁体为着手点,使用不同的超导带材,利用有限元法设计无绝缘高温超导磁体,总结了线圈个数与布局对磁体临界电流和中心磁场的影响。该磁体在20K下可产生的稳态磁场约为3.59T。     

12T NbTi—Nb3Sn超导磁体装置

本文介绍了有效孔径30.3mm 的 NbTi-Nb_3Sn 混合超导磁体装置的设计、制造和实验的基本情况.该装置在4.2K 的最大工作中心磁场是12T,磁体中心磁场均匀度和电流稳定充分别优于2.7×10~(-3)(1cm DSV)和4×10~(-4)/h,磁体励磁到最大工作中心磁场12T 时所需要的时间为40min.磁体重量为25.4kg.     

一种混合高温超导磁体及其电磁特性研究

近年来, 高温超导磁体由于载流能力高、 磁场强等优点在磁悬浮列车、 医疗成像、 飞轮储能器等系统具有广阔的应用前景. 在这些应用中, 工作面上磁场越强, 系统的性能越优. 高温超导块材能够俘获强磁场, 但因为尺寸的限制, 其磁场发散区域小, 在大气隙条件下工作面区域磁场弱. 相比而言, 高温超导线圈的尺寸不受限制, 但其磁场会随着口径的增大而降低. 因此, 本文将高温超导线圈和块材结合, 提出了一种结构紧凑、 口径大、 磁场强的混合高温超导磁体. 同时, 利用有限元仿真软件建立混合高温超导磁体的二维轴对称自洽模型并进行了实验验证, 仿真计算了混合高温超导磁体的磁场分布以及不同温度下的临界电流和最大磁场强度. 结果表明, 混合高温超导磁体可显著增加工作面的磁场, 相比于独立的高温超导线圈和高温超导块材最大磁场分别最小提升了102% 和12% .另外, 混合高温超导磁体工作面上的有效磁通相比于高温超导块材也提高了.     

45T混合磁体外超导磁体失超保护系统设计北大核心CSCD

由中国科学院强磁场科学中心建成的混合磁体包含着内水冷磁体和外超导磁体两大部件,目前已经成功达到40T的中心磁场,在下一轮实验将冲击45T磁场.作为中国磁场强度最高的稳态强磁场装置,其失超保护系统合理的设计是该磁体安全运行的重要保证.本文详细介绍了45T混合磁体外超导磁体失超保护系统设计,主要包括:同绕线、二次补偿、失超保护电路以及失超保护参数的选取.同时对混合磁体在运行调试期间外超导磁体出现的两次失超与保护动态过程也进行了分析与讨论.     

45T混合磁体外超导磁体失超保护系统设计

由中国科学院强磁场科学中心建成的混合磁体包含着内水冷磁体和外超导磁体两大部件,目前已经成功达到40T的中心磁场,在下一轮实验将冲击45T磁场.作为中国磁场强度最高的稳态强磁场装置,其失超保护系统合理的设计是该磁体安全运行的重要保证.本文详细介绍了45T混合磁体外超导磁体失超保护系统设计,主要包括:同绕线、二次补偿、失超保护电路以及失超保护参数的选取.同时对混合磁体在运行调试期间外超导磁体出现的两次失超与保护动态过程也进行了分析与讨论.     

跑道形高温超导转子磁体设计与测试

基于前期开发的60 kW风力发电机样机,设计并制造了两个应用于直驱式风力发电机的转子磁体,包括磁体的电磁设计、结构设计及制备流程,磁体为两种形式的跑道形高温超导磁体。通过在77 K液氮温区的直流测试,获得了磁体的临界电流、电阻等参数,及电流-电压变化曲线;通过磁体在30 K氦气低温传导冷却系统中直流励磁测试,获得了系统降温曲线、磁场随电流的变化曲线。测试结果表明,磁体满足励磁和传导冷却要求,验证了磁体设计的合理性和运行的可靠性。     

2T高温超导Bi-2223带材磁体

通过带材Ic及其弯曲性能测试,进行磁体设计,采用先处理后绕制(R&W)的工艺,制得中心磁场达2T的高温超导Bi-2223带材饼状线圈磁体.该磁体在液氮(77K)下通电流22.4A,中心磁场达0.25T;在液氦下可通电流170A,中心磁场达2.0T(4.2K),为液氮下的8倍,表明所采用的工艺,对制作中小规模高温超导Bi-2223带材饼状线圈磁体,是合适的.     

15 T高场复合超导磁体低温实验研究

大孔径高均匀度高场磁体是进行超导材料性能测试的必要条件之一.本文主要介绍了15 T高场复合超导磁体的低温励磁实验与结果.该磁体包括两个高性能Nb3Sn线圈、一个ITER Nb3Sn线圈和一个NbTi线圈,分别处于磁体的高、中、低场部分.磁体外径329.9 mm,高度401.44 mm,中心孔径77.5 mm,磁体中心磁场测量值14.94 T,轴向磁场(98％)均匀区测量长度55 mm,超过了磁体设计指标要求的40 mm,测试结果满足设计要求.     

多脉冲磁场下含热开关高温超导环的励磁研究

针对堆叠式高温超导磁体的持续电流模式运行,提出一种由多脉冲磁场和热开关组合的励磁方法。在77 K温度下对高温超导环进行了系统的励磁实验研究,并采用有限元方法建立模型对高温超导环中的电流及产生的磁场进行了仿真。励磁结束后高温超导环产生的磁场稳定,磁场大小与多脉冲磁场幅值呈正相关。结果表明,该励磁方法可行,有望应用于堆叠式高温超导磁体的持续电流模式运行。     

磁场对传导冷却超导磁体系统制冷机的影响

用于传导冷却超导磁体系统的GM制冷机处于强磁场环境中,由于二级蓄冷器的填充材料其性能随外部磁场大小而变化;而且冷头电机本身是永磁电机,电机性能受磁场影响更明显.因此,为了不影响制冷机的性能,需要详细地分析制冷机附近的磁场分布,将制冷机布置在低场区域;但是,高场磁体系统本身磁场强度高、温度裕度低,为了降低磁体运行时的热点温度,不可能将制冷机布置在距离磁体较远的区域,这时就需要对制冷机采取屏蔽措施.本文以正在建造的8T传导冷却超导磁体系统为例,研究了磁场对制冷机位置的影响,并分析了铁磁屏蔽对制冷机附近磁场的屏蔽效果.     

ITER稳态磁场测试装置磁体电源设计与控制研究

ITER稳态磁场测试装置可产生特定的磁场条件,从而对进入ITER项目现场的实验设备进行稳态磁场合格测试。磁体电源是一关键部件,为稳态磁体提供高精度稳定大电流。介绍了13.5kA稳态磁体电源基本拓扑结构。为提升电源效率,引入同步整流工作方式,提出了双电流闭环控制策略,配合载波移相调制方式,减小负载电流纹波,保证各支路间均流效果良好,使输出稳态磁体电流精度控制在0.5%以内。通过仿真和实验结果证明了该稳态磁体电源系统设计的合理性。     

同轴嵌套四螺管型1MJ超导储能磁体漏磁场研究北大核心

超导储能系统(SMES)强漏磁是影响其安全运行和大量投入使用的关键问题之一。在磁体储能值为1MJ级别的前提下,通过对超导储能磁体参数的计算和有限元分析及仿真的方法,利用两组同轴嵌套型双螺管超导磁体及磁偶极矩的研究方法建立了一个同轴嵌套四螺管型超导储能磁体并对该磁体的漏磁场进行了分析,得出该结构磁体具有极好的降低漏磁的效果。     

一种新的高温超导磁体电磁结构优化设计方法

本文阐述了用于高温超导磁体电磁结构优化设计的一种新方法,与一般优化方法不同之处在于其不用定义磁体的初始结构形状,采用该方法可以得到满足规格和性能要求的较佳磁体结构.通过此方法优化设计了一个中心磁场为3T的Bi系高温超导磁体,其设计结果与满足同样要求且经过优化的单螺管高温超导磁体的设计结果作了对比,由结果表明该方法具有很好的优化效果.     

用于分离重离子的紧凑型两维超导磁体

北京中科健超导有限责任公司与北京科技大学共同设计和制作了一种用于分离重离子的紧凑型两维超导磁体 ,目前磁体已经通过测试。该磁体中心场强为 2特斯拉。为了结构上的紧凑 ,外侧的螺线管线圈中间放置水平线圈 ,型状如热狗 ,它使磁体在水平和垂直两个方向上都产生了供离子偏转的磁场     

300MJ环状高温超导储能磁体的优化设计

介绍了300M J环状高温超导储能磁体优化设计的步骤。为了提高优化设计的效率,减少常规寻优方法的计算量,将改进的粒子群优化算法引入到高温超导储能磁体的优化设计中,给出了用B i-2223超导线材进行300M J环状储能磁体设计的优化结果,并采用商用电磁场有限元分析软件ANSYS对本文关于环状螺线管系统磁场、能量计算方法的正确性进行了验证。