用于高场加速器磁体的新型高温超导内插线圈概念设计

中国科学院高能物理研究所正在进行环形正负电子对撞机-超级质子对撞机(CEPC-SPPC)的研究工作,未来超级质子对撞机(SPPC)初期要求的主环二极磁体磁场强度为12 T,升级后的磁体场强需求为20～24 T.为了达到15 T及以上的场强,高温超导线材制作的内插高场线圈是目前的唯一选择.本文对YBCO内插线圈做了相应的探究,并提出的一种新的设计方案,具有以下特点:线圈结构采用Common-coil与Block-type混合的设计,并解决了端部弯曲半径小的问题;充分利用YBCO在高场下磁场与超导带材平行时临界电流密度是垂直情况下的数倍特性,通过优化端部结构减小线材与磁场夹角;计算了不同形状及弯曲半径组合下的线材弯曲情况,综合考虑了端部长度与线材张力之间相互制约的问题,并给出了最终结果;试绕了两种端部的铜线圈,以及balloon-end的高温超导YBCO线圈并进行了测试.     

全超导托卡马克极向场超导线圈的失超检测

EAST装置做为全超导托卡马克装置,其纵场和极向场线圈全部由超导磁体组成,所以进行安全,准确,有效的超导线圈的失超保护是装置安全运行的首要环节.由于等离子体电流的建立必须由极向场线圈系统提供极快速的磁通变化,随之产生较高的交流损耗使得极向场线圈很容易发生失超.如何对快速交变脉冲磁场下的超导线圈进行有效的失超检测,这在世界上也无先例可循.EAST装置的失超检测系统经过几十轮单饼超导线圈实验及多轮装置正式放电实验后逐步建立和完善起来,并已通过工程验收满足了装置实验运行要求.本文主要介绍了EAST装置失超检测系统的基本结构和检测原理,重点阐述了极向场超导磁体失超检测的设计方法及实验结果。     

EAST极向场超导线圈电源控制网络的可靠性研究

为满足EAST极向场超导线圈电源控制的高可靠性要求,结合电源控制网络的特点,采用双网热备份冗余技术进行可靠性优化,并改进了相应软件。对比分析了优化前后控制网络的可靠性,结果表明软硬件优化提高了系统的可靠性,满足了电源控制的高要求。     

内置垫补线圈的C型二极磁铁

对HIRFL CSR的原形磁铁进行了试制和研究.尝试了一种新的改善磁场分布的方法:在不增大极头的条件下使用两根内置导线,实践证明是可行的.用OPERA 2D和TOSCA 3D软件分析了垫补电流对中、低场的影响,同时也介绍了这块C型二极磁铁的制作工艺及磁场测量结果. The C-type dipole prototypes in the injection beam line from a Separate Sector Cyclotron (SSC) to Cooling Storage Ring (CSR) are selected as R & D for CSR magnets fabrication, because they have large bending angle and small radius, and are very difficult to stack and fabricate. A method to obtain good field homogeneity has been attempted in the C-type dipole prototype. This method is not the enlarged dipole pole but two imbedded conductors and two small power supplies. This is easy operating....     

二极铁均匀场修正

HI-13串列加速器升级工程中的ISOL高质量分辨谱仪要求20000的质量分辨率, 分析磁铁磁场均匀性要求好于1×10-5。 要达到这样高的磁场均匀性, 必须对磁铁进行垫补。 介绍了二极铁表面线圈垫补均匀场的设计方法和制作工艺, 并且基于现有的一块C型二极铁对表面线圈垫补均匀场的方法进行了实验研究。 实验结果表明, 采用表面线圈垫补后, 场均匀性提高了一个数量级, 积分场的均匀性从5×10-4提高到3×10-5。 The mass resolving power of ISOL’s spectrometer for Beijing Radioactive Ion beam Facilities project is 20000, which requires the field uniformity of the magnet better than 1×10-5. To achieve such a high uniformity field,field optimize is indispensable. This paper presents the design method,manufacture techniques and experiment results of surface coils,which are set on pole face of a dipole to improve the magnetic field homogeneity. The integral field uniformity with surface coil is optimized to 3×10-5 from 5×10-4,which is improved roughly an order of magnitude.     

托卡马克极向场线圈的优化方法

托卡马克等离子体的三角形变和拉长比对约束和磁流体稳定性有很强的影响，因此在托卡马克装置极向场设计中，在基于物理和工程考虑所预先选定的等离子体平衡位形几何参数下，如何优化确定外部极向场线圈位置和电流，是一个具有重要实际意义的研究课题.为优化确定托卡马克极向场线圈，给出了一个有效的多变量平衡优化方法，能以事先规定的等离子体平衡位形的一些几何参数为目标函数，优化确定极向场线圈位置和电流.并应用它于HT-7U平衡位形计算，得到了所需的结果. 关键词： 等离子体平衡 极向场线圈 优化     

HL-2M极向场线圈电磁力的计算分析

在建的HL-2M装置的PF线圈采用了混合式结构。在放电过程中,线圈之间有很强的电磁耦合,每一个线圈都会受到很大电磁力的作用。采用解析法,在最大I_p=3MA等离子体电流和各种位形的放电条件下,计算分析了PF线圈受到的电磁力。这些计算结果对PF线圈及其支撑结构的设计都是具有参考价值的。     

HL-2A极向场线圈系统的优化设计

通过对原ＡＳＤＥＸ极向场线圈系统进行改造,优化设计出ＨＬ－２Ａ极向场线圈系统,模拟计算了磁场位形演化并估算了伏秒消耗。改造后的极向场线圈系统能够形成８００ｋＡ的等离子体电流,并能产生拉长截面的等离子体偏滤器的位形。分析了改造后的极向场线圈系统的电磁特征,计算了单零,双零及Ｄ形限制器三种等离子体平衡位形。     

HL-2M 极向场线圈支撑结构分析评估

基于二维轴对称模型分析了极向场(TF)线圈在单零(SN)、双零(DN)、雪花(SF)和鼎位形下的电磁响 应,并评估了 4 种位形极限工况下支撑的力学性能。分析表明,PF6 线圈在放电初始时刻所受垂直电磁力最大, 可达到 1.9MN。在放电平顶结束时 PF5 线圈所受电磁力最大。在鼎位形下,PF5L 电磁力可达 2.6MN;雪花和双 零位形下,可达到 2.06MN。在这样极端的运行工况下,结构力学计算结果表明 PF 线圈支撑结构出现了局部塑性 变形。采用 ASMEVIII.2 作为评判准则,对局部高应力区进行评估,评估表明结构不存在塑性塌陷和局部失效。 而在上端主辐梁内侧支撑墩位置,螺栓所受轴力最大,需施加大于 50kN 的预紧力。     

EAST极向场线圈及磁测量系统的修正

采用网格法计算空间磁场,应用最小二乘法优化极向场线圈、单匝环、磁探针位置参数及标定系数获得了更准确的位置坐标,明显地改善了磁场和磁通的计算误差,也为等离子体平衡反演算法提供更准确的格林函数。     

HL-2M 装置极向场线圈的结构设计与制造

介绍了 HL-2M 装置极向场(PF)线圈的结构设计和制造。16 饼 PF 线圈布置在环向场(TF)线圈空腔之 内、真空室外,沿中平面对称分布。PF 线圈采用中空矩形铜导体绕制,其中 PF1~PF4 线圈为双层螺旋绕制结构, 最大运行电流 14.5kA;PF5~PF8 线圈为多层盘式绕制结构,最大运行电流 38~42kA。      

CFETR极向场磁体馈线系统线圈终端盒初步设计与分析

介绍了中国聚变工程实验堆(CFETR)极向场线圈馈线系统终端盒(CTB)设计,CTB由外盒体、80K内冷屏、电流引线及超导母线、内部管路系统、阀门系统等子部件组成.利用ANSYS有限元软件,在运行工况和地震工况下对CTB外盒体及内冷屏进行结构强度校核、结构热分析和地震响应分析,得到CTB外盒体的位移、应力分布云图和在地...     

HL-2M装置极向场线圈大截面铜导体的制造工艺研究

介绍了HL-2M装置极向场线圈所需的大截面外方内圆铜导体的规格,用二辊周期式轧管机进行冷轧的工艺技术以及所做的多项检测。用这个技术制造了具有冷却水孔道的大截面外方内圆铜管。测试结果表明,该工艺生产的外方内圆铜管在尺寸及各项性能上均满足HL-2M托卡马克装置极向场线圈的加工要求。     

高场铁基超导内插线圈制作工艺的研究

铁基高场内插线圈制作工艺及性能测试技术开发研究是进行铁基超导体设计的关键内容,其关系着制造的铁基超导体是否稳定可靠。在正式进行铁基线圈绕制前,开展了线圈绕制过程中相关力学分析以及全尺寸模型线圈的研制工作。本文对线圈绕制张力及线圈预紧力进行了计算并分析,同时详细地给出模型线圈的绕制、热处理、真空压力环氧浸渍(VPI)和装配等工艺方法与流程,解决绕制期间出现的问题。最终确定不锈钢带绕制张力取5 kg(49 N),铁基超导带材绕制张力取2 kg(19.6 N),线圈最大径向应力及最大轴向应力分别为23.5 MPa及78 MPa,均小于铁基带材热处理前抗拉强度200 MPa,模型线圈的绕制、热处理制度、VPI工艺及装配结果等均满足设计要求,验证了制作工艺的可行性。     

Bitter型环向场线圈电流分布的研究

本文简述了用数值方法研究Ｂｉｔｔｅｒ型环向场线圈中电流分布情况，给出了不同时刻线圈中电流分布的形式以及线圈电感、电阻随时间的变化，也对电磁力的分布作了分析。     

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。     

CSR60°二极C型铁磁场特性的研究

兰州重离子加速器冷却储存环主环注入线二极C型磁铁首次采用了磁极头中埋置垫补线圈调整磁场均匀度的设计.在其磁场测量中,使用了点测和积分测量的方法对其各方面特性参数进行了测量,并对积分场的测量结果以及内置垫补线圈对均匀场的垫补效果进行了详细的非线性分析.     

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.     

轴向二极场MWECR—CVD系统等离子体特性的实验研究

本文实验设计了永磁非对轴向二极场ＭＷＥＣＲ－ＣＶＤ系统，并对系统的等离子体特性进行了研究。获得了等离子体空间分布的图像以及气压对等离子体参数的影响。     

ITER 极向场磁体支撑U 型韧性夹焊接方案优化

利用试验及数值模拟技术研究了ITER 极向场磁体支撑U 型韧性夹的焊接变形规律,模拟和实际测量的比较验证了模拟的准确性,从而得到了U 型夹焊缝变形的基本规律,并改进现有夹具类型。基于验证好的热力边界条件以及优化的夹具,对三种焊接方案的U 型韧性夹的焊接变形进行了计算,从而提出了极向场磁体支撑制造的优化方案。优化后的焊接方案将焊接变形控制在0.6mm 以内。