65T脉冲强磁体设计与实验研究

研制并实验测试一台65T脉冲强磁场磁体。磁体线圈采用14层纯铜导线与Zylon纤维交替缠绕而成,内绕组采用分布式加固技术,实现应力分布的优化,外层由不锈钢套筒与碳纤维加固。内外绕组分别采用两种不同横截面导线平衡能量分布,实现内外绕组温度分布相对均匀,避免局部过热。磁体孔径为12mm,高为120mm,通过1MJ/3.2mF/25kV高储能密度电容器供电,在20.6kV电压时,获得了磁感应强度为65T、持续时间为20ms的脉冲磁场。     

脉冲磁体中的热效应

本文第一次建立了在一个正弦型脉冲通过磁体期间考虑热效应时的瞬态电流方程.计算出热效应引起电流峰值的减小,指出在脉冲时间大于10ms、磁场强度小于1MG的脉冲磁体中,热效应不是影响获得高强脉冲磁场的主要因素,只要解决磁体受力问题,目前的场值还可以大幅度提高;并指出磁体的起始电阻是影响场值的敏感因素. 理论计算第一次给出了在一个脉冲期间,通过磁体的电流与时间关系,及磁体材料的电阻和温度随时间的变化.     

磁爆加载下强磁体的磁场研究

 为了研究磁爆压缩发生器加载下强磁体形成的磁场,对磁爆加载过程进行分析,建立了磁爆加载下强磁体形成磁场的理论模型。按照此模型,对6种不同结构强磁体的磁场进行对比研究,得到了强磁体的磁场变化规律。结果表明：在加载初始阶段,磁爆压缩发生器的自身参数为主要影响因素,各磁体的磁场峰值和范围差别较小;在磁通压缩阶段,电路过程的改变使得磁体结构的影响逐渐显著,各磁体的磁场峰值和范围发生了明显变化;磁体结构对磁场的空间分布具有决定性作用,磁场分布不受加载过程的影响。     

涡流损耗对爆炸去磁脉冲发生器输出性能的影响

 为了提高爆炸去磁脉冲发生器的输出能量,设计了绝缘层截断涡流回路磁体结构,以减小冲击去磁过程中磁体内产生涡流造成的能量损耗。把圆柱形钕铁硼磁体切分成4块,在块与块之间增加聚脂绝缘层,再组合成一个圆柱形整体,形成截断涡流回路的磁体结构。采用Maxwell 3D电磁场有限元分析软件,对未切分和切分后的钕铁硼磁体进行了静磁场计算,分析了两种结构下的磁感应强度分布。对这两种磁体结构的脉冲发生器进行了爆炸实验,测量了脉冲发生器输出的感生电动势,分析了涡流损耗对发生器输出电流的影响。结果表明：磁体中截断涡流回路的脉冲功率发生器涡流损耗较小,能够输出更大的电能。     

磁约束等离子体推进器磁体系统的电磁力和机械应力分析

根据磁约束等离子体推进器磁体系统的设计参数,通过ANSYS有限元分析软件在电磁-结构耦合场方面的计算,得到磁体系统的轴向电磁力和机械应力的分布。计算超导磁体在通电情况下,磁体中平面上所有节点所受的轴向电磁压缩力以及磁体间的相互作用力;计算出磁体外层用不锈钢钢丝加固前后机械应力分布情况的变化。     

PPCP用固态脉冲电源的实验研究

 介绍了一种采用半导体开关与磁开关、可饱和脉冲变压器相结合技术的固态脉冲电源，此电源可用于脉冲放电等离子体烟气治理。在理论分析的基础上建立了实验模型，通过实验验证了此类电源的可行性，解决了8支晶闸管开关串联的动静态均压及开通同步性问题，并对可饱和脉冲变压器及磁开关的工作特性进行了分析计算。电源在阻性负载上得到峰值电压37.5 kV、前沿101 ns、脉宽1 μs的脉冲，重复频率300 Hz，输出功率10 kW。     

基于磁开关技术的长脉冲驱动源初步研究

基于磁开关技术提出了一种高功率长脉冲驱动源方案,主要包括脉冲变压器、磁脉冲压缩、低阻抗脉冲形成网络、磁开关类型主开关,以及感应电压叠加器等关键子系统;研制了各关键子系统并开展了单独的实验调试,基于跑道型磁芯制作了闭环磁芯脉冲变压器,采用硬连接绕组方式制作了方便调节的两级磁压缩系统,利用陶瓷电容器制作了圆周对称的Blumlein型低阻抗脉冲形成网络,配合低阻抗脉冲形成网络研制了磁开关类型主开关,基于单端口馈电和角向传输线技术建立了四级IVA实验装置;在上述关键子系统调试基础上,开展了全系统的初步联合实验,验证了技术方案。     

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。     

强流脉冲电子束应力诱发的微观结构

利用强流脉冲电子束装置在各种工艺条件下对奥氏体不锈钢、单晶铝及多晶铝等面心立方金属进行辐照处理.利用扫描电子显微镜和透射电子显微镜等详细分析了辐照样品的变形组织与结构.通过分析，在一定程度上建立起强流脉冲电子束诱发的应力特征与变形结构之间的关系，并对目前现有的几种应力波数值模拟结果进行了分析.实验结果表明，强流脉冲电子束能够在材料内部诱发10²—10³MPa的应力，其传播方式与材料的 晶体结构关系密切.这一应力是导致材料深层性能与微观组织结构发生变化的根源所在. 关键词： 强流脉冲电子束 应力 微观结构 变形     

利用爆磁压缩发生器产生高功率脉冲高电压

 爆磁压缩发生器产生脉冲高电压技术可以用于产生高功率微波及强电磁脉冲的实验研究。给出了利用螺旋型爆磁压缩发生器（HEMG）驱动电爆炸丝功率调节系统产生高功率脉冲高电压的实验方法和主要的结果。在利用HEMG驱动电爆炸丝断路开关（EEOS）产生脉冲高电压实验中，获得了最高电压700~800kV,功率大于20GW的脉冲输出。     

1.5T关节超导核磁共振成像主磁体电磁机械特性分析

本文设计了用于关节成像的1.5T超导核磁共振成像(MRI)主磁体的电磁结构与机械支撑结构.首先计算了主磁体成像区域及磁体周围的电磁场分布.在此基础上,采用电磁-结构耦合方法计算了主磁体与支撑结构中的应力、应变分布情况.同时分析了不同的支撑材料对磁体应力/应变的影响.给出了1.5T超导MRI主磁体支撑结构的设计标准.     

Bi-2223带材制备的高温超导电流引线

为了降低沿电流引线的漏热,用于制备高温超导电流引线的B i-2223带材要求具有较低的热导率。文中介绍了低热导率银金合金B i-2223高温超导带材;给出了其热导率的测试结果;并采用该带材制造了高温超导电流引线样机。液氮条件下测试该段高温超导引线的临界电流为332A。     

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。     

Asymmetric MRI Magnet Design Using a Hybrid Numerical Method

This paper describes a hybrid numerical method for the design of asymmetric magnetic resonance imaging magnet systems. The problem is formulated as a field synthesis and the desired current density on the surface of a cylinder is first calculated by solving a Fredholm equation of the first kind. Nonlinear optimization methods are then invoked to fit practical magnet coils to the desired current density. The field calculations are performed using a semi-analytical method. A new type of asymmetric magnet is proposed in this work. The asymmetric MRI magnet allows the diameter spherical imaging volume to be positioned close to one end of the magnet. The main advantages of making the magnet asymmetric include the potential to reduce the perception of claustrophobia for the patient, better access to the patient by attending physicians, and the potential for reduced peripheral nerve stimulation due to the gradient coil configuration. The results highlight that the method can be used to obtain an asymmetric MRI magnet structure and a very homogeneous magnetic field over the central imaging volume in clinical systems of approximately 1.2 m in length. Unshielded designs are the focus of this work. This method is flexible and may be applied to magnets of other geometries.     

Neodymium-iron-boron permanent magnets

Permanent magnet research and technology have been propelled into a new era by the rare earth-iron-boron materials, R₂Fe₁₄B. Energy products surpassing all previous values have been attained in magnets based on Nd₂Fe₁₄B, the prototypical compound. In this review we place Nd-Fe-B in the historical context of permanent magnet evolution, summarize the intrinsic properties of the R₂Fe₁₄B phases, and discuss the properties of practical Nd-Fe-B magnets produced by the two methods in present commercial use.     

纳米复合稀土永磁材料：稀土永磁领域的新方向

纳米复合稀土永磁材料是近几年来在稀土永磁材料研究中发展起来的新兴领域，它可能是发展新一代稀土永磁材料的重要途径，文章简要综述了它的理论与实验方面的最新进展。     

A unilateral NMR magnet for sub-structure analysis in the built environment: the Surface GARField

A new, portable NMR magnet with a tailored magnetic field profile and a complementary radio frequency sensor have been designed and constructed for the purpose of probing in situ the sub-surface porosity of cement based materials in the built environment. The magnet is a one sided device akin to a large NMR-MOUSE with the additional design specification of planes of constant field strength /B0/ parallel to the surface. There is a strong gradient G in the field strength perpendicular to these planes. As with earlier GARField magnets, the ratio G//:B0/ is a system constant although the method of achieving this condition is substantially different. The new magnet as constructed is able to detect signals 50mm (1H NMR at 3.2 MHz) away from the surface of the magnet and can profile the surface layers of large samples to a depth of 35-40 mm by moving the magnet, and hence the resonant plane of the polarising field, relative to the sample surface. The matching radio frequency excitation/detector coil has been designed to complement the static magnetic field such that the polarising B0 and sensing B1 fields are, in principal, everywhere orthogonal. Preliminary spatially resolved measurements are presented of cement based materials, including two-dimensional T1-T2 relaxation correlation spectra.     

MgB2超导储能磁体可行性研究及结构优化

MgB2作为超导材料中的一颗新星,可以很好的应用于超导磁体。文中对比分析了作为超导磁体应用材料MgB2的超导特性,之后进行了MgB2磁体电磁设计。并通过与已有的Bi系超导磁体的对比,论证了MgB2在超导储能磁体应用中的可行性。针对MgB2超导特性进行磁体结构优化设计,得到两种新思路的螺管型磁体模型,都能够达到更好的经济性。     

快速核磁共振测井实现方法的研究

测井速度慢一直是核磁共振测井所面临的主要困难之一.对核磁共振测井仪器磁体系统的设计作适当改进,无疑是解决该问题的一条有效途径. 有鉴于此,本文从理论上研究和推演出了两种快速核磁共振测井实现方法(预极化方法与加速极化方法),它们对于核磁共振测井仪器的磁体系统设计具有参考价值.计算和分析证明,采用这两种方法确实有助于提高核磁共振测井速度.     

梯形高温超导磁体电磁特性仿真与实验研究

超导电动悬浮列车以超导磁体作为核心部件, 具有环境影响小、 高速下自稳定、 安全性能好等优点, 已成为高速轨道交通的重要发展方向之一. 然而, 传统的磁体线圈结构存在绕组内磁场过于集中的问题, 导致磁体的临界电流下降显著, 列车的悬浮及安全性能也受到影响. 针对现有悬浮磁体结构自场集中导致的临界电流衰减问题,本文提出了一种梯形高温超导磁体线圈结构. 建立了一种可以提升磁体临界电流计算效率的均质自洽模型, 设计了梯形结构线圈的结构参数并完成了磁体线圈的绕制. 实验和计算结果表明, 自洽模型计算的磁体临界电流与实验测量值吻合良好, 验证了模型的准确性. 利用该模型对日本山梨试验线上的全尺寸车载高温超导磁体进行了结构优化设计. 研究发现, 优化后的车载磁体绕组内磁场集中程度明显下降, 车载磁体的临界电流及目标区域的磁场强度显著提高. 本研究相关成果可为电动悬浮列车车载磁体的结构设计提供参考.