高场超导磁体研究进展及其应用

高磁场对科学技术的发展具有极其重要的作用,它孕育着许多重大的科学发现和新技术的产生。超高磁场的产生和应用研究对极端条件科学设施、生物医学工程、国防特种装备、高精度的科学仪器以及农业应用都具有重要的意义。目前世界上许多研究机构和实验室开展了基于高温超导带材绕制高场直流超导磁体的项目。本文以高场超导磁体领域几个主要的研究机构为对象,主要介绍其在全超导高场磁体方面进行的研究工作,包括设计方案、技术特点和最新的研究进展,并对高场超导磁体的主要应用进行简要介绍。

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。

国产超导二极磁体场强达12 T

据报道,中科院高能物理研究所(以下简称高能所)高场超导磁体团队研制的全国产超导二极实验磁体,在2021年6月13日结束的新一轮性能测试实验中取得突破性进展。该磁体在4.2 K (-269℃)温度下两个孔径内实现超过12 T磁场强度,达到超导线材临界性能的85%以上,是目前国际上唯一一个采用不同超导材料组合线圈结构达到12 T磁场强度的二极实验磁体。据实验人员介绍,该磁体从结构设计,超导材料、电缆及磁体的制备。