15T NbTi/Nb_(3)Sn超导磁体的设计

提出了一个冷孔直径150 mm、中心磁场为15 T的NbTi/Nb_(3)Sn超导磁体电磁结构。分析了超导磁体各线圈中磁场的分布规律,结合超导材料临界性能,得到了超导磁体的运行电磁裕度。针对线圈结构组份材料的机械性能,采用平均有限元法仿真了超导磁体的应力/应变,最大环向应力和应变分别为112 MPa和0.297%。该结果表明了超导Nb_(3)Sn线圈中的应力/应变处于合理水平。

基于有限元分析的Nb_(3)Sn磁体失超传播速度研究

针对Nb_(3)Sn超导材料在高场超导磁体应用过程中存在失超的安全性问题,对该超导材料的失超传播速度展开深入研究。从失超传播过程中存在电场、磁场和温度场多物理场耦合的特点出发,提出了一种基于COMSOL多物理场耦合有限元分析的失超传播速度研究方法,得到Nb_(3)Sn超导磁体失超传播速度随电场、温度和磁感应强度的变化规律。研究结果表明,当磁场为10 T时,所提出的有限元法与Wilson解析法得到的失超传播速度具有很好的一致性,其相关系数达到99%。

超导磁体绝缘用玻璃纤维真空热处理前后性能研究

Nb_(3)Sn超导磁体需要长时间640℃真空热处理才能形成超导相,对不同超导磁体绝缘结构使用的国产耐辐照玻璃纤维、HS/6高强玻璃纤维、美国S-2高强玻璃纤维在640℃真空热处理前后分别进行真空压力浸渍(VPI),探究国产玻璃纤维在640℃真空热处理后能否达到美国S-2高强玻璃纤维性能,满足Nb_(3)Sn超导磁体使用要求。测试其在室温下的拉伸、层间剪切强度,直流耐压击穿强度。真空热处理后,三种玻璃纤维增强树脂基复合材料拉伸、层间剪切强度都有大幅下降,HS/6高强玻璃纤维在热处理前后力学性能最好,保留率最高,满足使用要求;但HS/6高强玻璃纤维增强树脂基复合材料的电气强度比S-2高强玻璃纤维增强树脂基复合材料电气强度至少低40%,不能满足使用要求,耐辐照玻璃纤维增强树脂基复合材料丧失绝缘性能。

第四代ECR(电子回旋共振)离子源高场Nb_(3)Sn磁体1/2长度样机的研制

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.