摘要：为了解决当前Gantry治疗装置面临的难题—磁体质量庞大,运行成本昂贵,提出了一种新型的斜螺线管型线圈结构。目前,已经完成了一台2.5 T用于重离子Gantry的NbTi超导磁体样机设计,与质子Gantry相比,其有效缩减了磁体的尺寸和质量。该磁体由10层斜螺线管线圈组成,工作电流为1000 A。线圈孔径为176 mm,其中好场区达到孔径的2/3。由于线圈形状的特殊性,其端部结构无需优化,各高阶谐波量沿轴向积分为零。磁体采用传导冷却的方式,保证其在旋转的情况下安全稳定运行。从斜螺线管线圈的概念出发,详细介绍斜螺线管型超导二极磁体的磁场设计,借助于ANSYS有限元分析软件,仿真了超导磁体和冷屏的空间温度场,得到磁体低温系统的热分布,最后简要介绍磁体的加工情况。

摘要：中国科学院近代物理研究所正在研制运行于45 GHz的世界首台第4代电子回旋共振离子源(fourth electron cyclotron resonance,FECR)。该离子源磁体线圈全部采用Nb3Sn(铌三锡)超导材料制作,这一超导材料临界性能对应力敏感,加之磁体中六极线圈和螺线管线圈之间的应力不平衡分布,导致磁铁机械结构设计面临极大挑战。为了验证离子源磁铁结构设计的合理性和仿真结果的可信性,为全尺寸真机的研制奠定技术基础,设计了能够一定程度上反映离子源磁体机械结构的半长度样机。主要介绍了FECR半长度样机的三维机械结构分析,借助ANSYS有限元软件分析了磁铁在室温组装、冷却降温和加电励磁时的应力分布和变化情况,为磁体装配提供预应力参考。

摘要：基于一种新型的斜螺线管型线圈结构,我们设计了一台2.0T超导二极磁体样机。该磁体由4层斜螺线管线圈组成,工作电流为2960A。线圈孔径为40mm,其中好场区达到了孔径的2/3。由于线圈形状的特殊性,其端部结构无需优化,各高阶谐波量沿轴向积分为零。文中介绍了斜螺线管型线圈的特点和原理,借助两种电磁场分析软件,完成了超导二极磁体的磁场设计,最后简要介绍磁体的加工情况。

摘要：本工作研制了一台中心磁场为1.5237 T的传导冷却型的无绝缘高温超导(HTS)二极磁体,它主要由室温铁芯、高温超导双饼线圈以及低温恒温器等组成。铁芯的极头采用圆柱形结构,极头之间的距离为120 mm。其中,每个线圈匝数为176匝,磁体的运行电流为286 A。线圈冷体由一台GM制冷机进行冷却,运行温度小于20 K。本工作主要介绍高温超导磁体的设计以及所使用高温超导带材的载流性能,并对无绝缘线圈在装入铁芯前和装入铁芯后的充电和放电特性进行了测试研究。通过测试得到了该磁体充电延迟时间常数,并且测试结果表明,在励磁电流为286 A时,中心磁场强度达到了设计要求。

摘要：空间飞行器冷屏是一种包裹在高速飞行器外的基于相变制冷的装置,可以降低高速飞行器在太空飞行时的红外辐射特性。冷屏在发射前需要进行低温制冷剂加注。如果没有保护装置,在地面加注时会引起冷屏表面严重结霜,恶化冷屏表面红外辐射特性。设计了一种由保温层和氮气保护层组成的防霜结构。氮气保护层利用氮气在低温下不易凝结的特性,保护冷屏外壳使不结霜;保温层利用保温材料的热阻特性,使保温层外壁温度在当地露点温度以上,从而防止空气中水蒸气在保温层外壁凝结。建立了氮气保护气填充速度随时间变化的关系式。实验表明,冷屏表面和保温层外壳均实现了零结霜,取得了很好的防霜效果。

摘要：传导冷却型低温系统中,各结构组件间的热平衡过程是以固体间热传导的形式向制冷机实现热量传递。由于各冷却部件降温条件的差异,会导致系统内部温度分布不均匀,影响被测样品性能测量,需对系统结构开展热分析与实验研究。借助ANSYS软件,建立了小型低温系统三维模型并进行了热分析,结果显示,预期系统最低温度为2.38 K,冷屏最大温差不超过1.0 K,样品台最大温差不超过0.1 K。同时,采用一套2.2 W@4.2 K双级制冷机作为冷源,完成了低温系统降温与精准控温实验。实验结果表明,冷屏误差不超过1.5 K,样品台误差不超过0.01 K,与模拟分析结果吻合良好,满足系统要求,验证了传导冷却低温系统热分析方法的准确性以及实验装置测温的可靠性,为类似装置的热分析及其设计提供了参考。

摘要：介绍了为强流重离子加速器(HIAF)研制的强场超导聚焦螺线管样机的设计。该磁体中心场达到10T,在距离磁体中心260mm处的漏场要求小于240Gs,且保证平方积分场值达到14.2T^2m,由于安装空间的限制,要求尽量缩短磁体长度。为得到符合物理要求的线圈电磁设计,结合全局粒子群算法和局部SLSQP算法,采用Python编写了超导聚焦螺线管的优化设计程序,得到了满足要求的电磁设计方案。为了保证磁体的稳定运行,采用ANSYS对磁体及骨架进行了应力分析,得到了合理的骨架结构设计和关键工艺参数。利用OPERA的QUENCH模块对磁体进行了失超分析,得到了磁体的热点温度、失超电压等参数,确定了失超保护方案。

摘要：为表征超导线圈低/变温环境热膨胀系数,首先基于细观力学有限元方法建立了超导线圈代表性体积元模型,并利用多项式函数赋予材料属性进一步完成低/变温环境热膨胀系数有限元预测,通过复合律公式计算出理论值验证了有限元模型的准确性。其次,基于应变片测量热膨胀系数的原理,搭建了超导线圈低/变温热膨胀系数测量系统,最后,针对常规材料热膨胀系数进行了实验测量,验证了搭建系统的可靠性。进一步地,基于上述基础表征研究,开展了超导线圈相关低温测量的实验研究,得到了极端低/变温环境下超导线圈热应变、热膨胀系数与温度之间明显的非线性关系,且实验测试结果与理论值吻合良好。该数值模型、实验方法与测试系统的成功发展一方面丰富了极端环境下材料热膨胀系数的表征方法,另一方面,将为我国各类大型超导磁体结构设计、制备与实验提供重要参数与热-力学基础测试平台。

摘要：基于无绝缘磁体技术,研制了一台高温超导谱仪二极磁铁,它由常温铁芯和高温超导线圈组成。该磁体包含四个双饼线圈,且在高温超导带材之间并绕紫铜带。对其中的无绝缘高温超导线圈的设计进行了描述,在液氮温度下对单个线圈和组装线圈进行了充电特性实验测试研究,并对不同充电电流速率和不同充电电流幅值下线圈的电压特性进行了研究。实验结果展现了明显的充电延迟,获取了无绝缘线圈的充电电压特性。

摘要：中国科学院近代物理研究所正在研发第四代ECR(电子回旋共振)离子源FECR(first 4th generation ECR ion source).以20 kW/45 GHz微波加热运行为目标,需要研制Nb_(3)Sn超导磁体以实现对所加热等离子体的有效磁场约束.作为首台采用Nb_(3)Sn超导磁体技术的ECR离子源,FECR的主磁场线圈由4套独立的轴向螺线管线圈与1套径向六极线圈所构成,且均采用单股Nb_(3)Sn线绕制而成,这给线圈的加工、冷体装配、磁体的失超保护等环节带来一系列挑战.为使磁体能在高场、高应力作用下安全稳定运行,项目采用基于铝壳体结构与bladder&key的预紧应力控制技术,完成了一套半尺寸冷体样机的研发.该样机已完成4.2 K低温测试.本项研究的核心关键问题与挑战是如何在复杂的高精度机械装配与高电流强磁场励磁过程中实现对易碎Nb_(3)Sn导线的有效保护.本篇文章中,我们将阐述如何设计、研制、装配及测试工作于复杂磁场与应力环境的高性能Nb_(3)Sn六极磁铁.针对于单个六极线圈的测试,我们设计研发了一种称为“Mirror”结构的测试工装.论文中会详细论述基于壳层结构与bladder&key的装配预紧技术在半尺寸样机上的应用效果.同时,论文对在半尺寸样机上观察到的强烈磁通跳跃现象和它对失超探测保护的严峻挑战问题及相关解决或规避方案进行相关论述.