适用于超高灵敏磁测量的新型高效磁屏蔽研究

高效磁屏蔽对于超高精度超导量子干涉仪(SQUID)等超高灵敏器件可靠稳定工作至关重要。实践中一般采用多层的高磁导率笨重复合磁屏蔽,或者用小型的轻量屏蔽桶配合差分式平面梯度计完成超高灵敏信号测量。文章作者提出并实现了一种新型的高性能磁屏蔽装置,采用实时的动态磁补偿与高温超导线圈相结合就可以实现。对该装置磁屏蔽效果进行了数值仿真计算,并实际测量了该屏蔽装置的轴向和横向磁场,装置屏蔽因数最高可达80 dB;实验测量发现,新型装置可以同时有效地屏蔽轴向与纵向磁场干扰。     

铷原子频标磁致频移相关问题研究

长期稳定度是评价铷原子频标性能的一项关键指标．物理系统内部静磁场（C场）稳定性引起的磁致频移与铷频标长期稳定度有关．利用⁸⁷Rb原子基态磁敏跃迁频率与轴向外加磁场的线性关系,测量了铷频标物理系统内部磁场强度,并计算了铷频标物理系统磁屏蔽筒轴向磁屏蔽因子约为3 828．实验结果表明磁屏蔽筒有效地降低了地磁场日波动对铷频标物理系统内部C场的影响,使磁致频移控制在合理范围内．     

NbTi超导磁屏蔽管的研究

对置于磁体中的 NbTi 超导磁屏蔽管进行了实验研究,检测了磁体中超导磁屏蔽管的磁屏蔽能力.结果表明由整块 NbTi 材料做成的超导磁屏蔽管屏蔽能力是不高的,并且其磁屏蔽能力随外磁场升场速度的增大而降低.还测量了超导磁屏蔽管内冻结磁场分布,得到了超导磁屏蔽管冻结磁场分布的一些实验规律,实验结果表明,置于磁体中的超导磁屏蔽管不具备使磁场分布更加均匀的能力,这与某些文献的理论预测不一致.     

基于人工神经网络在线学习方法优化磁屏蔽特性参数

磁屏蔽在磁场敏感的装置如原子钟、原子干涉仪等精密设备中发挥重要的作用,在变化外磁场下的某个磁屏蔽内部剩余磁场,可以通过Jiles-Atherton磁滞模型和磁屏蔽系数计算得出,根据计算结果可以进行主动补偿来抵消内部磁场的改变.然而实际应用中磁滞模型中五个与磁屏蔽相关的参数以及磁场衰减的两个参数的准确值的获得是比较困难的,通常根据实测磁滞回线人工匹配调节参数会花费大量时间且很难确保最终参数是全局最优值.基于人工神经网络的机器学习方法已经成为一种对复杂模型进行参数优化的有效手段,得益于现代计算机强大的运算能力,该过程通常远远快于人工参数调节,并有更大概率找到全局最优值,获得优于手工调节的参数值.本文利用人工神经网络在线机器学习的方法,对磁滞模型的五个参数与磁屏蔽的另外两个屏蔽相关参数进行优化测定,并对模拟卫星磁场环境下磁屏蔽内剩余磁场进行预测.通过实际测量屏蔽筒内剩余磁场与预测值比对,发现通过机器学习方法得到的磁屏蔽特性参数优于手动找到的参数,且所用时间大大缩短.该结果不仅有助于更好地进行磁场补偿,用于冷原子系统参数优化调整,更重要的是验证了神经网络在多参数物理系统中的应用,可以使其他多参数共同作用的物理实验进行最优参数的快速确定.     

含超导的多层屏蔽体磁屏蔽特性的仿真研究

基于电磁辐射的严重危害性,探索有效的电磁屏蔽方案,已经成为当前国际上迫切需要解决的问题.本文根据高磁导率铁材料和高温超导材料的电磁屏蔽特性,利用Ansoft Maxwell 3D仿真软件,建立高磁导率材料铁空心圆柱体和高温超导材料YBCO空心圆柱体及其组合的屏蔽模型,对一个空心线圈产生的磁场进行被动磁屏蔽.仿真研究了铁屏蔽体和超导屏蔽体厚度和高度对低频磁场磁屏蔽效能的影响.仿真结果表明,YBCO/Fe组合结构的屏蔽体对低频交变磁场的磁屏蔽效能比单层YBCO屏蔽体的屏蔽效能高3倍,YBCO/Fe组合结构的屏蔽体对低频交变磁场的磁屏蔽效能比单层铁屏蔽体的屏蔽效能高1.5倍,最理想磁屏蔽体结构是YBCO/Fe二层组合结构,其具有最高的磁屏蔽效能.综合利用高磁导率材料和高温超导材料等电磁屏蔽材料的特点,选择最优电磁屏蔽方案,进行电磁屏蔽新技术研究,以提高电磁屏蔽效能,对电磁兼容问题的解决具有重要的理论和应用意义.     

合肥光源DCCT系统的磁屏蔽

 分析和测试了合肥光源杂散场对直流流强检测器系统的影响。给出了合肥光源DCCT系统的磁屏蔽的计算、设计和测量结果。屏蔽后,由杂散场引起的DCCT零漂由1mA降至10μA以下。     

HL-2M装置周边磁场分布及NBI束线磁屏蔽分析

采用电磁场模拟软件CST Studio中的电磁工作室计算了HL-2M装置纵向和极向场线圈在装置周边的磁场时空分布。计算结果表明,在中性束注入器中性化室及离子源引出区域的磁场超过2-10^-3T,需要在注入器的中性化和离子源区域采用磁屏蔽结构。利用CST软件模拟计算了基于纯铁材料的NBI 注入器离子源及中性化区域的磁屏蔽罩内的磁场分布。     

合肥光源直流流强检测器系统的磁屏蔽

分析和测试了合肥光源杂散场对直流流强检测器系统的影响。给出了合肥光源ＤＣＣＴ系统的磁屏蔽的计算、设计和测量结果。屏蔽后,由杂散场引起的ＤＣＣＴ零漂由１ｍＡ降至１０μＡ以下。     

静磁屏蔽实验

迄今为止,国内有关物理演示实验的专著,还未提出对静磁屏蔽的演示。本文设计了一个用直圆筒来做静磁屏蔽的实验。无论从磁力线的分布,还是对磁场分布的实测,它完全能反映静磁屏蔽的特点,用它作课堂演示,简单直观。     

激光陀螺磁灵敏度特性研究

分析、计算了激光陀螺的磁灵敏度特性,并进行了磁灵敏度试验.试验结果及分析表明：在腔体加工准确度不变的情况下,采用合理的设计可以大大降低激光陀螺在某些方向上的磁灵敏度,同时磁试验结果对于设计激光陀螺的磁屏蔽结构具有一定的实用价值.     

FJ中子屏蔽层设计及虚拟装配

基于单元块的概念设计,对FJ中子屏蔽层进行了空间布局,并提出命名方法。基于真空室扇区与扇区接口确定的虚拟设计空间,将三维模型特征数字化。通过反求设计方法,对FJ中子屏蔽层进行了结构设计。为缩短设计周期,提高设计效率,采用了骨架建模和Instance建模方法。同时,对FJ中子屏蔽层进行了虚拟装配。     

磁场下夹层结构的高能电子屏蔽性能

针对空间高能电子环境可能造成的航天设备故障、宇航员辐照损伤等情况,基于电子束返回效应,提出了一种磁场下金属/真空夹层式高能电子屏蔽结构。采用Geant4软件,模拟空间高能电子连续能谱,研究磁场下夹层式结构的高能电子屏蔽性能。此外,建立体素模型,计算射线在人体中的累积剂量,从而评估磁感应强度、屏蔽体材料对屏蔽性能的影响。结果表明:与传统被动屏蔽方式相比,夹层式结构具有电子屏蔽性能高、生成透射次级X射线少的特点;随着磁感应强度增加,体模中累积剂量下降,证明夹层结构的电子屏蔽性能不断提升;Ti/Ti材料组合的屏蔽方式具有更优越的高能电子屏蔽性能。该结构具备较好的高能电子屏蔽性能,将来有望对空间高能电子辐射环境进行有效防护。     

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阐述了ITER遥控运输车初步结构和工作状况,运用有限元方法对其进行模态分析并在地震载荷作用下进行加速度反应谱分析,验证了遥控运输车在地震情况下的安全性并给下一步的优化设计和实验提供了参考数据。     

ITER PF导体缩径机轧辊温升数值模拟研究

文中对ITER PF超导导体缩径机轧辊温升问题进行了数值模拟研究.针对不同导体坯料尺寸和轧辊形状单独建模进行热力耦合数值模拟,基于热力耦合模拟结果构造轧辊传热分析模型,获得了多道次轧制过程中各轧辊的温度场信息,确定了各轧辊处于热平衡状态时的温度场.研究结果表明,各轧辊在轧制400米PF导体后轧辊温度均达到平衡,且平衡状...     

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用有限元法对ITER装置磁体系统的高性能氦气密复合材料绝缘子的结构设计进行电场分析和力学性能分析。分析结果表明,绝缘子能够承受耐电压56kV、耐气压4MPa、耐拉力2000N、耐弯矩1000Nm、耐扭矩100Nm的技术参数要求;同时热应力分析结果表明,与外力作用的影响相比,热应力是影响绝缘子性能的关键因素;绝缘子在拉力、弯矩和扭矩受力下发生变形的是金属部分,外力对绝缘部分的影响不大。     

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根据ITER装置对CTB盒技术性能的要求,对CTB盒中冷屏的支撑部件进行了结构和传热的分析和设计。对结构形式的选择、结构强度的理论计算和支撑结构总的热损失进行了设计和计算,用ANSYS软件对该结构的非线性接触结构-热耦合问题进行了仿真分析。研究结果表明,球支撑结构既能够满足系统对支撑的结构安全要求,在有压接触情况下的漏热量符合ITER设计文集的规定。     

Shielding from cosmic radiation for interplanetary missions: Active and passive methods

Shielding is arguably the main countermeasure for the exposure to cosmic radiation during interplanetary exploratory missions. However, shielding of cosmic rays, both of galactic or solar origin, is problematic, because of the high energy of the charged particles involved and the nuclear fragmentation occurring in shielding materials. Although computer codes can predict the shield performance in space, there is a lack of biological and physical measurements to benchmark the codes. An attractive alternative to passive, bulk material shielding is the use of electromagnetic fields to deflect the charged particles from the spacecraft target. Active shielding concepts based on electrostatic fields, plasma, or magnetic fields have been proposed in the past years, and should be revised based on recent technological improvements. To address these issues, the European Space Agency (ESA) established a Topical Team (TT) in 2002 including European experts in the field of space radiation shielding and superconducting magnets. The TT identified a number of open research questions to be addressed, including development and testing of novel shielding materials, studies on the angular distributions of energetic solar particles, and cooling systems for magnetic lenses in space. A detailed report to the ESA will be published within a few months. A summary of the TT conclusions and recommendations will be discussed in this paper, with emphasis on active shielding using superconducting magnets.     

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采用有限元方法计算了垂直位移事故中ITER包层系统及周围主要部件的电磁场力和力矩。通过ANSYS APDL动态模拟垂直位移事件过程中等离子体电流的形状和大小,并加载外界磁场,计算得到了包括包层在内的所有导体内部的感应电流分布。通过计算,得到了各个位置的包层模块的力和力矩,可用于评估该事故下包层系统的安全性。     

Magnetic shielding property for cylinder with circular,square, and equilateral triangle holes

The shielding property of cylinder with circular, square, and equilateral triangle holes was investigated by finite element analysis(FEA). The hole area(S_(hole)) plays an important role in magnetic circuit on the surface of cylinder. When Sholeis less than the critical area(S_H), cylinder with three shapes of holes obtained the same remanent magnetization inside,indicating that the shielding property is unaffected by the shape of the hole. Hence, high-permeability material is the major path of the magnetic field. On the condition of S_(hole) S_H, the sequence of the shielding property is equilateral triangle square circular, resulting from magnetoresistance of leakage flux in air dielectric. Besides, the anisotropy of shielding property caused by hole structural differences of the cylinder is evaluated. We find that a good shielding effectiveness is gained in the radial direction, compared with the axis direction. This research focuses on providing a theoretical support for the design of magnetic shield and improvement on the magnetic shielding ability.     

估算双层屏蔽腔体窄缝耦合的混合方法

 用混合方法计算双层屏蔽腔体窄缝耦合时,外腔体的窄缝耦合用传输线模型计算,内腔体的用磁偶极子模型计算。混合法可以求出双层屏蔽腔体内的场分布和屏蔽系数的分布规律,避免了传输线模型只能计算腔体中心线上的屏蔽系数而不能分析腔内横截面上耦合场分布规律的缺点。将得到的窄缝耦合的传输线模型和磁偶极子模型的计算结果与实测值和Micro-Stripes软件仿真值进行对比,验证了传输线和磁偶极子模型的有效性。混合方法给出了窄缝数量及腔体内不同观测点对屏蔽系数的影响,结果表明：双层屏蔽腔体的屏蔽效能明显优于单层屏蔽腔体;随着相同尺寸的窄缝数量的递增,腔体内的屏蔽系数递减;在与双层屏蔽腔体中心线垂直的横截面上,观测点屏蔽系数以中心线上点为中心,沿窄缝方向向两边递增,也就是离中心线越远,腔体内的耦合电场越弱,且混合法的速度明显快于软件计算速度,适合于高频范围的分析。