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.

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：为了测试单体六极线圈经过绕制、热处理、环氧浸渍等一系列工艺过程后,电磁性能是否达到设计指标,设计了能够一定程度上模拟六极磁场及其应力分布的Mirror测试结构。由于Mirror结构在室温装配过程中采用Bladder-Key技术对六极线圈施加预应力,为了能够模拟从室温装配到冷却降温的操作流程、验证ANSYS有限元仿真方法与实验结果的一致性,依据六极线圈外形尺寸加工了一个模拟线圈。实验结果表明,铝壳和模拟线圈中心处的应变与ANSYS仿真计算结果基本一致,最大误差均在10%以内,验证了结构设计的合理性和仿真结果的可信性。

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：介绍了粒子加速器中超导二极试验磁体中离散余弦型(DCT)超导线圈的电磁设计、线圈制作和验证测试过程。

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：介绍了强流重离子加速器装置HIAF(High Intensity heavy-ion Accelerator Facility)项目增强器BRing(Booster Ring)快脉冲二极磁铁的性能指标、测量要求和测量方法,描述了快脉冲二极磁铁稳态磁场测量系统及动态磁场测量系统的构成。在稳态磁场测量中,为提高积分磁场测量精度和测量效率,长线圈测量系统采用了on fly技术;在动态磁场测量中,研制了用于磁场延迟及磁场畸变测量的矩阵线圈。通过样机磁铁的测量,完成了测量系统的性能指标验证和磁铁的稳态磁场测量。实测结果表明,样机磁铁的设计和制造均达到了预期指标,并依据测量数据完成了磁铁的二次削斜。

摘要：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。

摘要：中科院近代物理所提出的强流重离子加速器装置将使用快脉冲超导磁铁技术。为了获得快脉冲磁铁运行的稳定性,研制了适用于快脉冲运行的液氦内冷电缆。该电缆采用超临界氦进行迫流冷却,具有交流损耗低、所用液氦少和冷却效率高的特点,是研制快脉冲超导磁铁的关键技术之一。文中主要介绍电缆的设计和交流损耗并简单描述电缆的加工。用于绞缆的超导线材的性能决定了电缆的性能,因此首先进行超导线的研制。通过研制三种不同基体(纯铜基、铜镍基和铜锰基)的超导线材,以获取低损耗和高临界电流的超导线,进而得到运行稳定性高的电缆。当背景磁场变化为0T-3T-0T时,测得三种线材的磁滞损耗分别为29.7m J/cm3,18.8m J/cm3和26m J/cm3。超导线的耦合损耗很大程度上取决于横向电阻率的大小,相比纯铜基的线材铜镍基和铜锰基体的横向电阻率较大,因此耦合损耗小。在4.2K温度时不同磁场下铜基线的临界电流要高于另外两种线材,但铜锰基体线材的临界电流要略高于铜镍基线材。通过比较三种线材的性能,选用铜锰基体线材进行绞缆较为适合。