传导冷却超导磁体系统的技术发展与应用

简述传导冷却超导磁体系统及微型制冷机技术和高温超导电流引线的发展历史 ,对已报道的一些超导磁体的情况进行了归纳 ,分析了传导冷却超导磁体系统的关键技术所在 ,提出了传导冷却磁体系统设计中应注意或有待研究的一些问题。

G-M制冷机作为冷凝泵在传导冷却超导磁体系统中的应用

成功研制了 6TNbTi传导冷却超导磁体系统 ,制冷机为二级G M制冷机。磁体冷却到4K需用 74h左右 ,目前磁体系统已分别完成了 115A(6T) ,4 5h和 95A ,2 6 4h的无间断运行实验。制冷机可在长达 15d(35 9h)的时间里 ,对系统抽真空 ,然后维持系统真空在 1 5× 10 - 2 Pa左右 ,其间不再使用扩散泵对超导磁体系统抽真空。

基于ANSYS的传导冷却超导磁体系统的热分析

在传导冷却超导磁体系统中,超导磁体与系统其它部分的温度平衡过程是依靠固体间的热传导来实现热量传递的。由于超导磁体和冷屏等低温部件冷却条件的差异,将导致磁体内部各处和冷屏不同部位的温度分布不均匀。分析研究超导磁体系统的低温温度分布状况,对于低温系统的热设计和磁体的温度裕度设计具有重要意义。文中借助于ANSYS有限元分析软件,建立了一个大口径传导冷却超导磁体低温系统的稳态三维热分析模型,仿真了超导磁体和冷屏的空间温度场,得到了传导冷却超导磁体低温系统的热分布规律。该分析结果对于大口径传导冷却超导磁体的低温系统设计具有重要的参考价值。

制冷机传导冷却的超导磁体冷却系统研究进展

回顾并总结了低温制冷机传导冷却的超导磁体系统的发展历程和最新研究进展.与传统的液氦浸泡冷却方式不同,低温制冷机传导冷却系统主要依靠低温下固体之间的热传导对超导磁体线圈进行冷却.基于小型低温制冷机的研究进展,集中讨论超导磁体中的制冷机传导冷却系统;结合传导冷却的超导磁体应用,讨论传导冷却中低温制冷机性能、低温恒温器传热以及加速冷却等技术要点,对低温制冷机传导冷却磁体系统的发展进行了展望.

传导冷却型低温超导磁体系统的设计与实验

采用4.2 K级小型低温制冷机作为冷源,可以将低温超导磁体冷却至5 K以下,使得超导磁体处在临界温度以下,从而实现无电阻运行。采用传导冷却的形式冷却超导磁体,具有系统结构简单等优点。讲述了一套采用单台1.5 W@4.2 K的制冷机作为冷源的低温超导磁体系统,其中超导磁体由三组线圈对组成,使用Nb Ti线绕制。系统自常温开机运行,约60 h后,超导磁体降温至4K,进入超导状态,可进行加电实验。当电流加载至70 A后,中心磁场强度达到4.26 T,达到设计要求。

制冷机传导冷却固氮保护的高温超导磁体系统的研究进展

简要的回顾了制冷机传导冷却固氮保护的高温超导磁体系统的发展历史,介绍了此磁体系统的特点,并展望其未来发展趋势。

3T动物磁共振成像传导冷却超导磁体研究

磁共振成像(MRI)是目前最先进的医学影像技术之一。动物磁共振成像以动物为研究对象,广泛用于生命科学研究、医学研究及药物机理研究。为了发展小型化、低成本的动物磁共振成像系统,该文采用传导冷却技术研制了一台3 T动物磁共振成像超导磁体。采用线性规划和非线性规划相结合的方法设计了一种主动屏蔽型磁体结构,其包含同轴排列的6个主线圈和2个屏蔽线圈。研究一种包含了分段和失超传播加速策略的被动失超保护方法保护超导磁体免于意外失超造成的损害。低温系统使用一台双极G-M制冷机直接将超导磁体从室温冷却到工作温度,无需液氦。超导磁体在直径φ180 mm的球形区域(DSV)产生高均匀度磁场用于成像。实验结果显示,超导磁体经历5次失超后被励磁到3.001 3 T,经测量φ180 mm的DSV磁场峰-峰值不均匀度(H_(p2p))约为1.33×10^(-2)%。该文详细介绍了超导磁体的电磁设计、应力分析、失超保护设计,低温设计、建造及测试结果。

国内首台固氮保护传导冷却高温超导磁体系统

最近，中国科学院电工研究所超导磁体及强磁场应用研究组研制成功了我国首台固氮保护的传导冷却高温Bi2223超导磁体系统。目前，该系统已经在实验室顺利通过了各种性能的测试，系统运行稳定。该系统的研制成功使得我国跻身于固氮保护传导冷却高温超导磁体研究开发的国际先进行列，对于促进我国的超导技术实用化进程具有重大现实意义。

制冷机直接冷却的超导磁体系统

研制了制冷机直接冷却的５ Ｔ， Ｎｂ Ｔｉ超导磁体系统。使用国产４ Ｋ级制冷量有０５ Ｗ 的 Ｇ Ｍ 制冷机， 国产 Ｂｉ２２２３ 高温超导体电流引线和国产 Ｎｂ Ｔｉ超导线。针对传导冷却超导磁体系统的特性， 在磁体结构、环氧浸渍、电流引线与制冷机联结结构等做了特殊设计。为了尽量缩短整个系统的冷却时间和解决制冷机的一级制冷量不足， 使用了液氮冷却的辐射屏和用液氮预冷磁体的方案。

高温超导磁体液氮零蒸发冷却系统设计及性能试验

随着高温超导技术的发展,可用于交变电磁场条件下且临界温度高于77K的高温超导线材已经得到商业化应用,液氮温区的高温超导磁体冷却技术也取得了巨大进步。本文作者设计了一种高温超导磁体液氮零蒸发冷却系统,并进行了相关性能试验。结果表明,整个试验过程中,液氮无损耗,实现液氮零蒸发功能;系统液氮温度处于70K^77K之间,且温度可控,为高温超导磁体在特定温度下的性能研究提供了条件;给出了液氮温度与系统净输出冷量的关系,并与理论计算进行了比较;提出了影响系统性能的关键问题。

高温超导磁体低温氦气冷却系统设计及性能试验

高临界温度的超导材料的出现,使得使用高于液氦温度的低温氦气来冷却高温超导磁体的冷却系统有着广泛的应用前景。设计了一种高温超导磁体低温氦气循环冷却系统,并进行了相关性能试验。结果表明,系统使用温度范围广,可对多种不同临界温度的高温超导磁体进行冷却;系统控温精度较高,为高温超导磁体在特定温度下的性能研究提供了条件;指出了影响系统性能的关键问题。

高温超导磁体冷却系统LabVIEW测试平台架构

高温超导储能磁体应用在电力系统中,可以极大地改善电能质量,是电力工业中正在研究的一项重大技术革新;为了研究高温超导磁体在交变电流运行下的性能特征,完善的磁体冷却系统是必不可少的;设计了基于LabVIEW开发环境的高温超导磁体冷却系统测试平台;该测试平台由操作台控制系统和程控仪器测试系统两部分组成,具有实验参数采集、分析、显示、数据存储,历史数据曲线查询以及数据打印等功能。经过在系统运行测试,可以达到平台设计要求,完成自动化控制和数据采集、处理的各项要求。

热传导冷却的开放空间式HTS高场超导磁体

采用Bi-2223线材,在美国海军研究实验室(NRL)设计、制造并安装了一台7.25T的实验用超导磁体。该磁体于21K满场运行时,线圈在2英寸的开放空间中的磁场均匀度为±1％。系统采用两台Leybold单级制冷机借助热传导方式冷却,系统预冷时间不到36小时,并可作连续的快速励磁。制冷机的总输入功率为6kW。采用美国超导公司提供的ASC Cryosaver^(TM)高温超导(HTS)材料电流引线。整个系统由磁体、低温系统、控制及保护系统和电源等四个部分组成。本文简单地介绍了磁体的设计、制造及系列试验的有关情况。

传导冷却高温超导储能磁体制作

介绍高温超导储能的特点,提出一种超导储能磁体的结构及其制作工艺,能保证了超导磁体的导冷效率、绝缘强度,还有效地提高了磁体的机械强度。

制冷机冷却型超导磁体系统用电流源保护控制系统的实现

随着超导技术和制冷技术的相互促进和共同发展 ,制冷机直接冷却的超导磁体系统已从概念设计走向实际应用。电流源保护控制系统是超导磁体系统的重要组成部分 ,其主要作用是为超导磁体系统提供稳定电流并实现可靠的保护控制。文中首先分析了制冷机冷却型超导磁体系统用电流源的工作过程及其特殊的控制和保护要求 ,然后设计了一个以单片机为核心的自动保护控制系统。

蓄电池-超导磁体储能系统平抑间歇性电源出力波动的研究

分析了使用蓄电池-超导磁体混合储能系统平抑间歇性电源出力波动的基本原理,给出了电源并网装置和混合储能装置的拓扑结构以及二者间的接口电路。设计并实现了基于中央控制单元和本地控制单元双层控制结构的储能控制系统,中央控制单元使用滑动平均滤波器分离功率指令中的低频成分再指派给蓄电池承担,并将剩余快速变化分量分配给超导磁体承担;本地控制器使用PI控制规律控制蓄电池和超导磁体分别跟踪功率指令和电压指令。PSCAD/EMTDC仿真结果验证了所设计系统与控制方法的有效性。

托卡马克HT-7U低温超导磁体的绝缘系统

主要介绍低温超导托卡马克HT-7U中磁体的绝缘结构,绝缘材料的特性,绝缘结构形成的工艺,绝缘层的电性能和力学性能等。

毫米波回旋管超导磁体系统及其实验

该文介绍了从俄罗斯引进的毫米波回旋管超导磁体系统的技术性能、特点及其实验概况。并介绍了国内配制的超导磁体电源的特点。

HT-7U托卡马克核聚变装置中纵场超导磁体系统的设计

HT-7U核聚变实验装置是"九五"国家重大科学工程项目,它是一个具有非圆截面的全超导托卡马克装置,是用于研究先进的托卡马克运行模式来获得准稳态的、极长的长脉冲等离子体,并可实现全电流下的双零高β和单零等离子体的运行实验。整个装置包括装置主机以及低温、真空、电源及控制、数据采集和处理、波加热、波驱动电流、诊断与公共基础设施等重要子系统,其中装置主机是由超导纵场磁体系统、超导极向场磁体系统、真空室及其内部部件、内外冷屏和外真空杜瓦5大部件组成。文章主要介绍了HT-7U纵场超导磁体系统结构与超导管状电缆CICC(Cable-in-ConduitConductor)的设计以及该磁体系统的各种力学分析等。

FAIR收集环二极超导磁体外杜瓦泄放系统的概念设计

对FAIR(Facility for Antiproton and Ion Research)收集环-CR(Collector Ring)二极超导磁体外杜瓦的超压泄放系统进行了概念设计,给出了爆破片式的泄放系统结构,并基于ANSYS的结构分析初步确定了爆破片的结构参数;以及通过ANSYS对波纹管和外杜瓦进行了结构分析,分析结果表明波纹管和外杜瓦在超压状态下安全。文中的设计和分析研究,为外杜瓦的工程设计提供了有益的参考。