35T水冷磁体下的直流磁测量

本文报告了依托中国科学院强磁场科学中心的35特斯拉(Tesla)水冷磁体搭建振动样品磁强计(VSM)的进展情况.通过一些实验测试和分析,总结了目前35T水冷磁体下电磁驱动的振动样品磁强计测量系统存在的一些问题,并提供了部分问题的解决方法.最后展示了镍(Ni)标样和用户样品的磁化曲线测量结果.     

14 MW 水冷磁体电源无功补偿装置的设计

静止无功发生器(Static Var Generator, SVG) 具有提高系统功率因数、 动态改善电能质量、 稳定电网以及节能降耗、 降低运行成本等优点. 针对其优点, 作为水冷磁体电源的使用需求, 考虑将高压链式 SVG 技术作为磁体电源无功补偿的方案, 以实现无功动态补偿. 本文主要介绍了链式串联 SVG 的工作原理, 对其参数进行设计并利用 PSCAD 进行仿真实验, 实验验证了方案的可行性, 为强光磁关键技术预研项目14 MW 水冷磁体电源无功补偿装置提供了理论支持     

14 MW水冷磁体电源无功补偿装置的设计

静止无功发生器(Static Var Generator, SVG)具有提高系统功率因数、动态改善电能质量、稳定电网以及节能降耗、降低运行成本等优点.针对其优点,作为水冷磁体电源的使用需求,考虑将高压链式SVG技术作为磁体电源无功补偿的方案,以实现无功动态补偿.本文主要介绍了链式串联SVG的工作原理,对其参数进行设计并利用PSCAD进行仿真实验,实验验证了方案的可行性,为强光磁关键技术预研项目14 MW水冷磁体电源无功补偿装置提供了理论支持.     

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.     

200kV低纹波高稳定度直流高压电源北大核心CSCD

直流高压电源在科学实验和工业生产中有着广泛的运用,传统高压直流电源是通过工频变压器直接升压,再经整流滤波得到所需要的高压,普遍存在精度低、调整复杂、纹波系数大等诸多缺陷。本系统基于全桥逆变、倍压整流和脉宽控制技术,设计了用于电子束离子阱装置的直流高压电源,采用高频逆变、正负双向倍压整流、电压电流双环控制等方法,实现了直流高压输出。结果表明,所设计的直流高压电源具有稳定性好、纹波小、可靠性高、系统安全等特点,最终输出的电压在o～200kV连续可调,纹波和稳定性都小于0．01％,满足实验需求。     

用于重离子治癌回旋引出的实时流强测量系统北大核心CSCD

为满足重离子治癌加速器装置(HIMM)回旋加速器引出段束流流强的测量需求,设计了新的束流流强测量系统,该系统利用积分电流变换器(ICT)及锁相放大器等配套电子学,能够实现束流流强的非拦截实时测量。文中首先分析了中能束线(MEBT)束流流强的测量需求,并对设计方案进行了实验室系统分析和在线束流强测量。实验室结果表明,锁相放大器的幅度和相位响应一致性满足测量需求。由于ICT对束流流强的测量是相对测量,先使用法拉第筒对ICT进行在线标定;标定前先对法拉第筒(FC)(20μA档位)和ICT系统的流强分辨在线测量,分别为6.45 nA和5.163 nA。由于束流抖动的影响,测量的束流的稳定性约90 nA,其对应的相对测量误差约8%,ICT系统响应时间小于1 ms。测量结果表明,该系统满足物理测量需求。回旋加速器高频系统参数变化引起ICT标定系数变化的工作将在进一步工作中展开。     

基于微通道液氮换热的脉冲磁体快速冷却方法研究北大核心CSCD

影响脉冲磁体重频运行能力的关键因素是磁体的冷却速度。提出了一种脉冲磁体快速冷却方法:在磁体导体内开微小通道,在通道内注入液氮,通过增大导体与液氮之间的直接接触面积(换热面积)、液氮单相流动换热、液氮流动沸腾换热这三个途径来大幅提高导体的冷却速度,与此同时尽可能减小对脉冲磁体性能(磁场强度、脉宽和内直径)的影响。阐述了基于微通道内液氮流动、沸腾换热的脉冲磁体快速冷却方法的原理,开展了数值模拟和验证性试验,结果表明,对于25 T的20 mm口径脉冲磁体,采用快速冷却方法,30 s即可冷却至初始温度,为磁体仅浸泡在液氮中的冷却时间(600 s)的5%,冷却速度提高了19倍。     

用于FEL-THz电子束测量的LW系统北大核心CSCD

基于汤姆逊背散射的激光丝扫描(LW)方法作为无阻拦电子横向尺寸测量手段,近年来广泛应用于高能对撞机和能量回收环直线加速器。为在连续模式下测量高平均功率相干强太赫兹源的直流光阴极电子枪(DC-gun)电子束横向束斑,本文提出了一种基于驱动激光器分束的高重复频率,较低脉冲功率的新型LW系统。通过理论及模拟分析,证明该系统相对于常规LW系统具有成本低、精度高、探测时间短、对电子束影响小的优势,并给出了用于自由电子激光太赫兹(FEL-THz)装置DC-gun出口电子束LW系统的实验设计。     

超导磁体失超过程中Quench-Back效应的数值模拟研究北大核心CSCD

Quench-Back是一种诱发超导磁体内产生新的失超区从而加快失超传播的现象.合理利用Quench-Back效应进行失超保护,需要准确理解Quench-Back作用下磁体内部的传热与电磁过程.以实际工程中某超导螺线管磁体为例,建立了失超过程三维瞬态耦合热-电磁-电路模型.整个模型采用两个顺序耦合的子模型实现,子模型一为三维传热模型,子模型二为轴对称电磁-电路直接耦合模型.得到了失超过程电流,热点温度和内电压变化曲线,分析了Quench-Back效应对失超过程关键参数的影响,研究了Quench-Back加速失超传播的具体过程.研究结果表明:Quench-Back效应可以有效控制失超过程中磁体内的热点温度,降低磁体内的过电压;Quench-Back效应与骨架材料,线圈结构和失超起始位置关系密切.     

基于PVA/Fe_(3)O_(4)水凝胶的锥形光纤磁传感EI北大核心CSCD

为了研究磁性水凝胶的磁致折射率变化及其在磁致光传感领域的应用,通过共混法制备了聚乙烯醇/四氧化三铁(PVA/Fe_(3)O_(4))磁性水凝胶,并基于光纤端面反射法测试了该磁性水凝胶在不同外加磁场下的折射率变化,测得其磁致光折射率变化规律。在此基础上设计了磁性水凝胶锥形光纤传感结构。实验表明,在环境温度22℃,磁粒子浓度2.1%时,6.4~22.6 mT范围内基于磁性水凝胶的光纤磁场传感元件波长偏移灵敏度为86.42 pm/mT;磁粒子浓度2.9%时,5.5~30 mT范围内该传感元件波长偏移灵敏度为51.42 pm/mT。该类磁性水凝胶在光纤磁传感测量方面具有良好的应用价值。     

高温高压下榴辉岩和玄武岩热扩散系数的测量北大核心CSCD

榴辉岩和玄武岩是大洋消减带最重要的组成部分,研究其在高温高压条件下的导热性质有助于了解消减带的岩石圈热结构和消减带动力学。以瞬态平面热源法为基础开展高温高压实验,测量了榴辉岩和玄武岩在1.0和2.0GPa、278~973K的热扩散系数。结果表明,二者均随温度的升高而减小;在278K、1.0GPa下,榴辉岩的热扩散系数比玄武岩高约30%,热导率比玄武岩高约50%。在消减板块的深度剖面上,上部玄武岩的导热能力弱,阻碍俯冲板块与周围热的地幔之间的能量交流,使俯冲板块保持冷的、坚硬和脆性,这种特性使应变积累并最终导致破裂和地震的发生;俯冲板块的下半部分,玄武岩-榴辉岩的相变使俯冲板块与周围环境的温差减小,有利于当地的动力学稳定。     

不同负载下直流偏磁对特高压变压器各侧绕组电流影响的计算及分析

基于特高压变压器的时域场路耦合模型, 利用磁场模型中的能量扰动原理以及电路模型中动态电感参数建立瞬态电路偏微分方程模型。对特高压变压器负载时绕组电流受直流偏磁的影响进行了仿真计算, 针对阻性、感性和容性三种不同负载类型, 对绕组电流进行了直流偏磁计算, 并对其各次谐波变化进行了分析。面对特高压变压器大电感、小电阻带来的极为漫长的过渡过程以及直流偏磁计算易被淹没的难点, 通过在电路模型中增加串联电阻, 使达到稳态的时间大大缩短, 并通过电压迭代补偿, 有效消除增大串联电阻值导致的计算偏差, 通过对比所加偏置电流值与串联绕组中的直流分量值验证了本文模型的正确性。     

基于CT的数字体散斑法测量物体内部三维变形场EI北大核心CSCD

提出了用于测量物体内部三维变形场的数字体散斑(DVSP)法。利用计算机断层扫描(CT)、磁共振成像(MRI)、激光扫描共焦显微镜(LSCM)或光学相干断层成像术(OCT)获取具有散斑特征的物体变形前后的三维立体图像,将其分别分割成若干具有相同尺寸的子块体,对相对应的子块体进行第一步三维快速傅里叶变换,在频谱域进行数值干涉得到合成谱,对合成谱进行第二步三维快速傅里叶变换,得到含位移信息的扩展脉冲函数,通过求取峰值位置得到子块体的位移矢量,对所有变形前后相对应的子块体逐一进行上述两步三维快速傅里叶变换,就可以求出所有子块体的位移矢量,从而获得物体内部三维变形场。利用模拟生成的三维散斑体图像,通过数字实验,分析了散斑尺寸、数目、子块体尺寸、图像对比度和亮度对DVSP法精度与准确性的影响。利用DVSP法测量了红砂岩单轴压缩内部的三维应变场,由位移场及应变场分布可直观地揭示试件内部变形特征。     

冲击加载下LiF晶格形变的闪光X射线衍射测量EI北大核心CSCD

在轻气炮加载实验平台上,利用小型闪光X射线源建立了一套脉冲X射线衍射测量系统。利用该测量系统对平面冲击加载条件下LiF晶体微观结构变化进行了研究,得到了不同冲击加载压力下LiF晶体的单次脉冲X射线衍射图像。实验结果表明:沿[100]晶向加载,LiF晶体晶格发生了压缩,压缩量与衍射峰偏移量相关;基于小型闪光X射线源的脉冲X射线衍射测量系统可实现冲击压缩下材料微观结构变化的定量化测量,同时具有体积小、操作简单等优点,为研究弹塑性形变微观机理提供了一种有效手段。     

低温下铁磁性金属中由电子-磁子散射导致的各向异性磁阻效应北大核心CSCD

本文采用Kubo公式计算了低温下铁磁性的含局域磁矩的金属中由于电子-磁子散射而导致的电阻,并分析了其磁阻随温度和外加磁场的变化情况.在各向同性近似下,小动量转移的电子-磁子散射导致了低温下的电阻正比于温度的平方:ρ~T^2.当考虑了实际材料磁有序的各向异性后,其磁阻效应显示出显著的各向异性特征:沿着材料的磁化方向施加磁场时,磁阻为负;而垂直于磁化方向施加磁场时,由于自旋涨落的增强,磁阻为正.本文的计算结果与实验观察到的铁磁金属材料HoAl_2和La_(1-x)Ca_xMnO_δ的磁阻行为相符.