45T混合磁体外超导磁体真空系统的研究

根据45T稳态混合磁体外超导磁体实验装置对试验平台的真空要求,外超导磁体运行在4.5K的低温环境下,为了超导磁体的正常稳定的运行,需将超导磁体系统置于具有一定真空度的杜瓦中,且杜瓦真空水平要求苛刻。设计了45T混合磁体外超导磁体真空系统,最后通过对外超导磁体线圈的检漏,对比了设计参数,结果表明,该真空系统可以稳定运行,满足设计要求。     

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.     

大型Nb_3Sn CICC型超导磁体的热处理炉系统

中国科学院强磁场科学中心于2011年建成了一套大型Nb_3Sn CICC(管状电缆导体)型超导磁体热处理炉系统,并利用该系统成功完成了40T级稳态混合磁体装置外超导磁体中所有Nb_3Sn CICC型超导子线圈的热处理工作。文中将详细地介绍该热处理炉系统的主要性能参数以及其主要部件的设计。     

40T混合磁体外超导磁体支撑结构设计与分析

超导磁体支撑结构在40T混合磁体外超导磁体系统中起到承重及故障载荷传递的作用。由于该支撑结构连接着室温端和4.5K低温端,其合理的结构设计是减少漏热量和提高系统可靠性的关键因素。主要利用有限元技术对该支撑结构进行了传热和应力仿真分析,并依据分析结果来优化局部结构尺寸;同时将应力分析结果与力学实验测试结果进行对比与分析。     

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.     

用于46 T全超导磁体装置的26 T REBa2Cu3O7-δ高温超导内插磁体电磁设计研究

REBa2Cu3O7-δ(REBCO)高温超导带材具有良好的电磁性能和机械强度,现已成为开发极高场超导磁体的重要基础材料.本文基于T-A 方程提出了一种极高场REBCO 内插磁体的参数化设计方法,该方法在计算中考虑了超导屏蔽电流对磁体中心场强和应变分布的影响,采用分步优化的方式从内向外依次确定各超导线圈的结构参数,每个线圈的优化过程相对独立.基于该设计方法,本文给出了46T全超导磁体中26TREBCO 内插磁体的电磁设计方案,确定了主要线圈参数和工作电流.该内插磁体由4个线圈同轴嵌套串联组成,每个线圈都由REBCO带材绕制而成的双饼线圈(Double Pancake, DP)堆叠而成.基于当前模型计算结果,在给定的20T背景场中,当内插磁体工作电流达到290A时,磁体中心场强可达46T;高温超导线圈中最大环向应变为0.61%,仍然处于危险区域.     

大型CICC超导磁体的超导接头研制

国家大科学工程"稳态强磁场装置"混合磁体的外超导磁体采用了管内电缆导体(CICC)方案,CICC超导接头就成为建设强磁场装置的关键技术之一.针对混合磁体的结构和工作模式,我们设计了两种新型结构、满足不同连接需要的CICC导体超导接头,并对研制的超导接头样品在4.2K低温下进行了性能测试,其各项性能满足了稳态强磁场混合磁体外超导磁体的工作要求.本文将主要介绍该超导接头的设计方案以及整个研制过程.     

国产MOCVD-YBCO带材高温超导线圈研制与磁场温度特性研究

超导磁体的场强与超导材料的载流能力、磁体口径和低温环境有密切关系.为了在中高温区域实现高磁场强度的超导磁体,采用国产第二代高温超导带材,成功绕制出内直径为100 mm的高温超导线圈.该超导线圈在77,65,55和46 K不同温区下进行了性能测试,其最大运行电流分别为65,147,257和338 A,对应的中心磁场强度分别为0.78,1.77,3.1和4.08 T.所研制的超导线圈的中平面上磁场基本一致.     

EAST超导磁体线圈电阻测量系统优化

EAST装置超导磁体系统包括30个超导磁体线圈,超导磁体线圈电阻测量是对当前磁体性能是否退化等进行判断的重要一环.本文介绍了EAST超导磁体线圈电阻测量系统当前存在的问题、优化设计以及样机实验运行结果.     

40-T混合磁体外超导磁体CICC摩擦系数测定

40-T混合磁体的建设正在中科院强磁场中心进行,其外超导磁体将由管内电缆导体CICC绕制,并采用4.5K 的超临界氦迫流冷却.CICC的摩擦系数是确定各冷却通道进口压力和流量的重要依据.文中介绍了CICC压降测量平台搭建,并对40-T混合磁体外超导磁体哑缆摩擦系数进行测量;分析了该CICC内的摩擦特性,并拟合出相应的经...     

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1.3m.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...     

基于ANSYS的高温超导混合磁轴承悬浮力分析

基于商用电磁场有限元软件ANSYS以及Bean临界态模型,对由圆柱形高温超导块材、永磁体和超导线圈组成的新型高温超导混合磁轴承的电磁场分布及悬浮力进行了仿真分析,研究了超导线圈对高温超导混合磁轴承悬浮力的影响,同时还通过实验测试了悬浮力。结果表明:仿真与实验具有较好的一致性,使用软件仿真方便可行,其结果较为准确可靠,可为高温超导混合磁轴承的设计和优化提供理论依据。     

无绝缘高温超导双饼线圈的瞬态电热特性分析

无绝缘高温超导线圈具有良好的电热稳定性和机械紧凑性,但其充电过程中却有明显的磁场延迟现象。为详细了解无绝缘高温超导线圈励磁过程的瞬态特性,建立了无绝缘高温超导线圈的同轴圆环等效电路模型。通过绕制一个670匝的无绝缘高温超导双饼线圈,在液氮温度下进行不同充电速率的励磁实验,初步验证了等效电路模型的正确性。基于该模型,针对线圈励磁过程的充电和恒流阶段,仿真得到了线圈各匝的径向电流分布规律和电热损耗特性。     

Optimization calculations of polyhelix coils for hybrid magnets

In order to generate very high, steady magnetic fields for research in solid-state physics one can combine a high-power resistive magnet with an outer superconducting coil. If magnetic fields above 30 Tesla have to be produced it is advisable to use a water cooled polyhelix copper coil as an inner part of such a hybrid magnet. An algorithm is described which allows the optimization of the design paramaters of a polyhelix coil in an external magnetic field with respect to dimensions and material for various values of the heat flux. The calculations show that with an outside field of 13 Tesla generated by a Nb₃Sn−NbTi coil and with a 10 MW polyhelix magnet made of Cu (Al₂O₃) and Cu−Ag continuous magnetic fields around 40 Tesla may be generated in a 3 cm room temperature bore.     

5T有源屏蔽式超导磁体结构设计

介绍了为兰州Penning离子阱项目专门设计的5T有源屏蔽式超导磁体。 为达到物理设计要求的场均匀度, 超导磁体有3层共计6个线包组成。 同时为了确保线圈绕制的定位精度和在强磁场下的稳定性, 绕制骨架采用三筒体结构, 模拟计算表明线圈的绝缘和固定结构能够达到强磁场下的电气和机械性能要求。 对5T有源屏蔽式超导磁体结构设计材料选择以及线圈的绕制工艺进行了详细的论述。 A 5T actively shielded superconducting magnet was designed for Lanzhou Penning Trap project. In order to achieve homogeneity of physical requirements, superconducting magnet was made up of six coils, which were wound on framework of three layers. Meanwhile, three framework structure can ensure the precision of coil winding and the mechanical stability under intense magnetic field. The results of simulation show that the insulation and fixed structure of the coil can satisfy the electrical and mechanical requirements under intense magnetic field. At last, properties of the used materials and coil fabrication have been presented.     

超导离子源铌三锡六极线圈镜像磁场约束结构的优化设计

中国科学院近代物理研究所正在进行国际首台45 GHz全铌三锡超导离子源FECR(Fourth Electron Cyclotron Resonance)磁体的研制,该离子源磁体线圈由六个铌三锡超导六极线圈和四个铌三锡超导螺线管线圈组成。由于单根超导线绕制异形六极线圈(非标准鞍型)技术难度大,且铌三锡超导性能对应力敏感,为了测试单个铌三锡六极线圈性能能否达到设计指标,基于铝合金壳层结构和Bladder-Key精确预紧技术,设计了镜像磁场约束结构。本工作主要阐述了运用ANSYS参数化设计编程对镜像磁场结构进行优化设计的过程和优化后的镜像磁场结构,确定了室温预应力大小,并给出了线圈经过室温预紧、冷却降温和加电励磁后的最大等效应力。进一步结合实际六极线圈制作公差(±0.1 mm),分析和评估了公差对镜像磁场结构中六极线圈预应力施加的影响。     

短腔、自屏蔽磁共振成像超导磁体系统的混合优化设计方法

本文提出一种用于短腔、自屏蔽磁共振成像超导磁体系统的混合优化设计方法,通过结合线性规划和非线性优化算法,设计出的磁体系统具有建造成本低、结构简单、以及线圈中最高磁场、电流安全裕度和电磁应力可控等优点.首先,通过线性规划算法在欲布置线圈空间范围内建立二维连续网格划分,搜索满足磁场约束条件的网格电流分布图;其次,将电流分布图中的非零电流簇离散成螺线管线圈,通过非线性优化算法计算出满足成像区域磁场均匀度要求、5 Gs杂散场限制、线圈中最高磁场限制、电流安全裕度以及线圈间尺寸间隔等约束条件的线圈结构参数.文中给出一个中心磁场为1.5T自屏蔽磁共振成像超导磁体系统的设计案例,在50 cm球形成像区域所产生的磁场峰峰值不均匀度为10 ppm,线圈最大长度为1.32 m.该设计方法可用于对称、非对称螺线管线圈系统以及开放式双平面线圈系统的磁共振成像磁体系统设计.     

25T超导磁体优化中线圈数量影响分析

20 T以上强磁场在高场科学工程中有着不可替代的作用. 电工研究所正在研制一个25 T全超导磁体系统, 包括15 T背景磁场和10 T高温超导内插磁体. 在磁体的设计和优化中, 线圈的数量和种类对于最终优化结果十分关键. 为了研究磁体数量和磁体相关参数的关系, 计算了20 组不同的线圈组合下磁体的优化结果. 优化中除了考虑必要的限制条件以外, 还采用了一种结合局部优化算法和全局优化算法的方法. 通过对比分析发现, 线圈数量和磁体造价之间, 存在一个“V”形的关系. 更进一步地, 本文分析了不同超导体在磁体中应该贡献的最佳磁场, 以及背景磁体统一供电给优化结果带来的影响.     

Development of a high-temperature superconducting magnet for use in a cryogen-free electron beam ion trap

We present a design and test results of a high-temperature superconducting magnet, which is under development for use in a new cryogen-free electron beam ion trap. The magnet is designed to provide a magnetic field as high as about 3 T with a combination of six double-pancake coils. In order to achieve such a high field, the critical current is increased by cooling the magnet down to 20 K with a refrigerator. Before the full development, a single-pancake coil has been produced and tested.