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超导体磁通量量子化的研究在过去的几十年间，社会科学、人文学科领域内的研究成果已经成为了各个领域内的辅助研究工具。
而在自然科学领域内，诸如物理、化学等领域，则着眼于科技的开发和基础理论的研究，从而推动科技的进步和创新。
在物理领域内，研究者们一直在探索着物质的结构和特性，并不断尝试寻找能够推动人类探索世界的可能性，其中涉及到的核心内容，便是超导体磁通量量子化的研究。
一、超导体磁通量量子化的研究概论在数十年前，科学家们对于超导体磁通量量子化的研究十分感兴趣。
他们之所以对这一问题感兴趣，是因为无论是超导体材料还是微观粒子的载体，其中都包含着量子化现象。
而在这个领域内进行深入的研究，不仅有助于推动科技的进步，还能够帮助我们更好地了解物质的性质和结构。
在物理学领域内，超导体磁通量量子化是一项相对较新的研究课题。
物理学家们早期的研究主要集中在研究材料的电学性能和超导体的内部结构。
然而在20世纪60年代末期，科学家们开始逐渐关注到了磁通量量子化的问题。
通过观察超导材料中的磁通量，科学家们发现磁通量只能够发生量子化，并且磁通量值只可能存在于一定的离散值上，而不能存在于连续的任意值上。
二、超导体磁通量量子化的实验研究超导体磁通量量子化的实验研究始于20世纪60年代末期，早期的实验设备主要是在冷却系统的基础上实现的。
当时的实验条件和技术限制条件相对较为严苛，因此科学家们只能使用较为纯净的材料，并在低温下进行实验。
同时，科学家们还使用了较为先进的量子测量装置，以便检测和记录磁通量量子化现象。
在接下来的几十年内，科学家们不断尝试寻找更好的实验条件和更先进的技术，以便更好地研究超导体磁通量量子化的现象。
近年来，随着量子理论、纳米技术以及云计算等科技的快速发展，科学家们所使用的实验设备和技术也越来越先进，同时我们也能够更好地理解并掌握超导体磁通量量子化的理论。
三、超导体磁通量量子化的发展前景随着科技的进步，超导体磁通量量子化的研究前景也越来越广阔。
低温物理学中的超导与磁性材料研究随着科学技术的不断发展，低温物理学逐渐成为一个重要的研究领域。
低温物理学涉及的知识非常广泛，其中超导与磁性材料的研究是其重要的分支之一，这两个方向的研究具有很强的专业性。
在本篇文章中，我们将深入探讨低温物理学中的超导与磁性材料研究的内涵和应用。
一、超导材料的研究超导现象是物理界一个非常重要的发现，其被广泛应用于许多领域。
超导材料指在一定的温度、压力和电场下，材料可以完全消除电阻，而呈现出超导性质。
超导材料除了可以应用于电力工业、磁共振成像等领域，还可以用于全球高能物理学的粒子加速器，比如LHC（Large Hadron Collider）。
LHC是欧洲核子研究组织（CERN）建造的一座强子对撞机，其由超导磁体构成。
容易想象，研究超导材料一定离不开低温。
对于超导材料，最基本的研究技术就是采用量子电动力学。
在这种情况下，低温是必要的条件。
取决于材料类型和温度，不同的超导材料可能需要不同的低温环境。
超导现象的解释是BSC（Bardeen–Cooper–Schrieffer）理论，是一种微观量子力学模拟，用于描述超导电路的运动规律。
其中BSC理论主要解释了超导材料电流的通路仅在材料表面出现，而材料内部的电流通路则被完全消除。
二、磁性材料的研究磁性材料是一种与磁场有关的物质，其在外加磁场下表现出显著的磁化效应。
磁性材料广泛应用于能源、电子、信息、制造等领域中。
比如，磁盘驱动器就是利用磁性材料来存储数据的。
磁性材料也用于电动机降低能源浪费，以及电子设备中的磁头等等。
磁性材料的研究方式主要有2种：一种是通过研究磁学性质来推断磁性材料的性质，另一种是通过其他材料的研究来推断磁性材料的性质。
具体来说，这些研究方法包括磁滞回线、磁感应、自发磁化、相互作用、哈密顿量和基态磁性等。
低温物理学在磁性材料的研究中也是非常重要的。
通常，低温磁性研究的原理是通过检测材料在低温条件下对磁场的响应以及磁性材料在低温条件下的结构和磁有序状态。
的装位置分为顶部（TCC）、侧部（SCC）和底部（BCC）3组，每组6个[1-5]。
为了保护校正场线圈服役情况下抵制复杂强电磁力的作用，需要在线圈外部采用316LN奥氏体不锈钢制造的线圈盒结构件对其进行支撑和保护。
然而，由于磁体线圈通有大电流，尤其是超导托卡马克装置中的线圈，其电流在几十kA以上，在外部线圈盒易感应出涡流，影响线圈运行的同时会产生大量的涡流热，因此需在线圈盒上采用绝缘结构避免线圈盒成环之后感应出大电流，其绝缘法兰的设计如图1所示，由图1可以看出，线圈盒在绝缘法兰处采用G10玻璃钢块以及绝缘销进行绝缘处理。
在磁体正常运行的过程中，线圈在绝缘法兰两端感应出电动势，若绝缘法兰的绝缘强度不能抵制该感应电动势的作用，绝缘结构将发生破坏，直接影响到磁体的正常运行。
因此，在正式运行前，需对绝缘法兰的电绝缘性能进行测试，判断出其是否能满足磁体运行要求。
目前对于绝缘状态的监测主要包括对绝缘结构的绝缘电阻、直流电阻及局部放电等，通过对这些参数的检测及其发展趋势的观测，可以有效判断设备的绝缘状态[6]。
由于绝缘法兰两侧的线圈盒连接成为一个导体，普通的直流耐压测试无法测量出绝缘法兰的绝缘强度。
因此，本文设计了一种用于环形磁体容器绝缘法兰的电测试方法，并对ITER CC绝缘法兰的电绝缘强度进行测试分析。
此外，为了满足装配精度要求以及抵抗绝缘法兰两侧剪切力的作用，绝缘法兰在设计时采用绝缘销进行定位和增加剪切面积，如图1中所示。
绝缘销在工作中受到交变载荷的作用，因此，还必须对其不同疲劳循环次数下的电绝缘性能进行测试，从而保障ITER校正场线圈的安全稳定运行。
图1校正场线圈绝缘法兰设计-BTCC绝缘法兰1试验方法及结果1.1 绝缘销电绝缘测试绝缘结构在经历电场、温度、机械力等作用下，会逐渐暴露出绝缘老化问题，进而影响设备的安全运行[7-10]。
为了保障校正场线圈的运行过程中绝缘法兰的电绝缘性能，需要对经历疲劳载荷后的绝缘销进行绝缘耐压测试。
ITER装置超导磁体线圈导体用超导电缆的绞制滕玉平;戴少涛;魏周荣;张应俊;薛天军;李英姿【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2013(028)004【摘要】超导磁体系统是国际热核聚变实验堆ITER装置的重要组成部分,其超导磁体线圈采用CICC(cable-in-conduit conductors)导体绕制而成.本文介绍了CICC导体的结构及其管内超导电缆的绞制过程,讨论了绞制参数对超导电缆交流损耗的影响.分析了绞制过程中放线张力和模具设置等因素对结构参数控制及其绞制质量的影响,第1、2级子缆绞制过程中绞制单元收、放线张力需要实时精准控制以避免绞线单元发生伸细甚至拉断现象,成品超导电缆绞制时的模具设置、模具数量和外径控制方法是超导电缆绞缆的关键,需要多种、多个模具多种组合外径控制方式,确定了超导电缆绞制技术方案,并成功完成了一根长度为765m PF5型哑缆(dummy cable)研制.【总页数】6页(P7-12)【作者】滕玉平;戴少涛;魏周荣;张应俊;薛天军;李英姿【作者单位】中国科学院电工研究所北京 100190;中国科学院应用超导重点实验室北京 100190;中国科学院电工研究所北京 100190;中国科学院应用超导重点实验室北京 100190;甘肃长通电缆(集团)有限责任公司白银 730900;甘肃长通电缆(集团)有限责任公司白银 730900;甘肃长通电缆(集团)有限责任公司白银 730900;甘肃长通电缆(集团)有限责任公司白银 730900【正文语种】中文【中图分类】TM464【相关文献】1.ITER超导磁体线圈电磁分析 [J], 刘勃;武玉2.国际热核聚变装置用超导电缆绞缆过程控制 [J], 薛天军;魏周荣;秦经刚;张应俊;熊志全;孙慧玉3.国际核聚变装置用超导电缆绞缆技术优化研究 [J], 滕玉平;魏周荣;张应俊;李英姿;李爱英;李国峰;曾明武;薛天军4.我国成功研制ITER首个大型超导磁体线圈 [J],5.ITER首个大型超导磁体线圈 [J],因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
探索磁体和超导磁体中的电感和磁场行为下载温馨提示：该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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ITER超导磁体结构冷却馈线的设计和实验研究的开
题报告
一、选题背景及意义
ITER国际热核聚变实验堆作为目前世界上最大的磁约束聚变装置，其磁场系统采用了超导磁体技术，作为其核心部件，其性能对于实验的
成功具有至关重要的作用。
其中，超导磁体的结构冷却馈线是保障磁体
正常工作和延长使用寿命的关键技术之一。
目前，虽然该技术已经得到
了广泛的研究和应用，但面对着磁体制造过程中存在的诸多问题和实际
工作中所需求的更高性能，尚有许多值得研究和完善的地方。
因此，本论文旨在通过对ITER超导磁体结构冷却馈线的设计和实验研究，探索其基本性能和应用前景，为ITER磁场系统的进一步完善提供一定的理论和实验基础。
二、研究内容和方法
1. 结构冷却馈线的设计
根据ITER超导磁体的实际制造需求和运行条件，本文将综合考虑其电气性能、结构强度、引线的热力学稳定性以及安全可靠性等多重因素，进行结构冷却馈线的设计和优化，旨在制造出更加稳定、可靠且性能更
好的馈线样品。
2. 实验研究及性能分析
通过对馈线样品进行实验研究，本文将重点关注其电气性能、冷却
性能以及机械性能等指标，通过实验数据的获取和分析，得出结论并给
出合理的建议和方案。
三、预期成果及意义
本文主要预期通过对ITER超导磁体结构冷却馈线的设计和实验研究，得出相关的数据和结论，并在此基础上给出更合理、可行的方案和改进
措施。
同时，进一步深化和完善超导磁体技术的应用，提升其性能和可
靠度，为ITER磁场系统的进一步开发和改进提供一定的参考和建议，也将对相关领域的研究和应用产生长远的意义和影响。
10T Nb3Sn-NbTi传导冷却型超导磁体热分析与实验研究10T Nb3Sn-NbTi传导冷却型超导磁体热分析与实验研究【引言】超导磁体是一种利用超导材料的低电阻性能来产生强磁场的设备，广泛应用于核磁共振、粒子加速器和磁共振成像等领域。
其中，Nb3Sn和NbTi是常见的超导材料，具有较高的临界磁场和超导临界温度，因此在磁体设计中往往被选作关键材料。
本文通过热分析和实验研究，对10T Nb3Sn-NbTi传导冷却型超导磁体进行研究，旨在深入了解其热性能以及在实际应用中的表现。
【研究方法】研究采用有限元分析方法对10T Nb3Sn-NbTi传导冷却型超导磁体的热特性进行模拟和分析。
首先，建立磁体的三维几何模型，并通过网格划分将其离散化。
然后，根据材料的热传导系数和热容等参数，建立模型的热传导方程和热平衡方程。
最后，利用计算机仿真软件对模型进行求解，得到各部分的温度分布和热流。
同时，为了验证模拟结果的准确性，本研究设计了一套实验装置。
通过在实验室内模拟磁体的工作条件，测量磁体各部分的温度变化。
利用热电偶和红外热像仪等设备，实时监测磁体的温度分布。
通过对比模拟结果和实验数据，验证模型的可靠性。
【研究结果】通过热分析和实验研究，获得了10T Nb3Sn-NbTi传导冷却型超导磁体的热性能数据。
分析结果显示，在磁体工作电流下，超导线圈和散热屏的温度分布相对均匀，而制冷剂温度变化较大。
这表明传导冷却型超导磁体的散热效果良好，能够有效地将制冷剂的热量排出。
此外，研究还发现，传导冷却型超导磁体的绝热层对于热传导的阻碍效果较好，有效减少了超导线圈和散热屏之间的热流。
这对于超导线圈的稳定性和工作效率具有重要意义。
【讨论与展望】本文研究了10T Nb3Sn-NbTi传导冷却型超导磁体的热分析与实验研究，结果表明该磁体具有良好的热性能和散热效果。
然而，目前的研究还存在一些局限性和不足之处。
首先，研究的范围有限，仅针对10T Nb3Sn-NbTi传导冷却型超导磁体进行了热分析与实验研究。
通电超导线圈的力学问题研究超导磁体是国际热核聚变实验堆（ITER）的核心部件，超导磁体设计和制造涉及材料科学、力学、电磁学等多种学科。
超导磁体线圈自身会产生强磁场。
由于洛仑兹力的作用，超导磁体线圈内部会承受极大的电磁应力。
过高的电磁应力会对超导磁体的失超特性和退化性能产生巨大的影响。
因此有必要对绕制成功后的超导磁体线圈在通电情况下、在自身强磁场中的机械应力与电磁应力进行详细的分析。
本文考虑在制备超导磁体线圈时由于绕制张紧力引起的内部应力应变的基础上，进一步分析了通电超导磁体线圈在自身磁场作用下的应力应变行为，在前人提出的研究超导线圈绕制应力的理论模型基础上整合通电超导磁体线圈内部电磁应力，得到了通电超导磁体线圈的应力应变理论模型，计算了通电后超导磁体线圈沿半径方向的径向应力和环向应力的分布，在该理论模型分析的基础上为多挠组、高性能超导线圈的设计和制备提供理论指导。
关键词：超导线圈;超导螺线管磁体;绕制应力;电磁应力;分立绕组第一章绪论1.1 研究背景1911年荷兰低温物理学家昂纳斯（Onnes,Heike Kamerlingh1853-1926)研究汞在低温下的电阻跃变从而发现了超导电性，开创了人类研究超导问题的新领域。
相继在随后几十年里麦斯纳（Meissner）等人发现的麦斯纳效应、巴丁（Bardeen）等人结合量子力学在微观层面上分析超导电性起因的超导微观理论（BCS理论）并随后由麦克米伦（McMillan）发展成为强耦合理论，超导理论已经发展成为了一套完整的系统的理论。
20世纪80年代，随着高温超导氧化物的发现，使得人类对超导材料的研究和制备进入了一个更加活跃的时期。
由于超导磁体具有高电流密度、零电阻效应以及可以产生高场强、高均匀的磁场，已经在工业、医疗、交通运输、环境保护、电力系统、科学研究等领域有了广泛的应用，随着低温技术的发展，超导磁体系统的性能有了飞速的提高。
进入21世纪，超导研究的结果应用到一个建造约需10年、耗资约50亿美元的包括美国、俄罗斯、欧盟、中国、印度、日本、韩国7个国家和地区参与的，目前环球领域最大、影响最为深远的国际科研项目——国际热核聚变实验堆（ITER），其目的是制作一个可自持燃烧的超导托卡马克聚变实验堆，以便对未来聚变反应堆和商用聚变堆的物理问题和工程问题做深入的探索。
国际热核聚变实验堆（ITER）的关键技术国际热核聚变实验堆（ITER）是目前全球最大的热核聚变实验项目，旨在验证热核聚变作为未来清洁能源的可行性。
作为一个复杂而庞大的工程项目，ITER的成功离不开多项关键技术的支持。
本文将重点介绍ITER的关键技术，并探讨其在实验堆建设中的重要性。
一、超导磁体技术超导磁体是ITER实验堆中最重要的组成部分之一，用于产生强大的磁场来约束等离子体。
ITER实验堆的磁场强度达到了20特斯拉，是目前任何其他磁体都无法达到的水平。
超导磁体技术的关键在于制备高温超导材料，并将其应用于磁体的设计和制造中。
高温超导材料具有零电阻和强大的电磁场承受能力，能够在极低温下工作，从而实现高强度的磁场。
二、等离子体控制技术等离子体控制是ITER实验堆中的另一个关键技术。
等离子体是热核聚变反应的核心，其稳定性和控制性对于实验的成功至关重要。
等离子体控制技术主要包括等离子体加热、等离子体注入和等离子体外部磁场控制等方面。
通过加热等离子体，可以提高其温度和能量，从而促进聚变反应的发生。
等离子体注入则可以调节等离子体的密度和成分，以实现更好的控制效果。
外部磁场控制则可以调整等离子体的形状和位置，以保持其稳定性。
三、真空技术真空技术是ITER实验堆中的基础技术之一，用于创造一个适合热核聚变反应进行的环境。
在ITER实验堆中，真空环境的要求非常高，需要达到超高真空的水平。
真空技术的关键在于设计和制造高性能的真空容器，并采取有效的真空泵系统来维持真空环境。
同时，还需要考虑到等离子体对真空容器的影响，以避免等离子体与容器壁发生相互作用。
四、材料技术材料技术在ITER实验堆中起着至关重要的作用。
由于热核聚变反应的高温和高能量特性，实验堆中的材料需要具备良好的耐热、耐辐照和耐腐蚀性能。
此外，材料还需要具备良好的机械性能和热传导性能，以满足实验堆的工作要求。
目前，ITER实验堆中主要采用的材料是铁素体钢和碳纤维复合材料，这些材料在高温和辐照环境下表现出良好的性能。
科技前沿ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＡＮＤＭＡＲＫＥＴＶｏｌ．２６，Ｎｏ．１１，２０１９新型仿生纳米复合纤维材料既强又韧记者从中国科学技术大学获悉，该校俞书宏教授研究团队借鉴天然生物纤维的策略，成功研制了一种既强又韧的宏观尺度纤维素基纳米复合纤维材料。
相关成果日前在线发表于《国家科学评论》。
纳米尺度纤维素是地球上储量最丰富的纳米级原材料，其密度低、热稳定性好、力学性能出色，同时可降解、可再生、可持续，因而受到诸多关注。
然而，人工制备的纤维素基宏观纤维材料的强度和韧性之间的矛盾尚很难解决，低韧性、易脆断等问题严重限制了此类材料在先进织物等领域中的实际应用。
反观自然界，许多植物纤维和动物纤维都实现了高强度和高韧性的完美组合。
它们具有一些共性：都是天然的纳米复合材料，由高度取向的高强度纳米纤维单元包裹在较柔软的有机物基质中构成，并具有高度有序的多级螺旋缠绕结构。
研究人员以高强度细菌纳米纤维素作为增强基元，以海藻酸钠生物大分子作为有机物基质，将两者的复合水溶液进行溶液纺丝，得到拉伸强度初步提升的单取向结构宏观纳米复合纤维。
单纯海藻酸钠宏观纤维的拉伸强度为１９０ＭＰａ，而所得纳米复合纤维的拉伸强度提高至４２０ＭＰａ。
随后，他们通过多级螺旋缠绕结构设计，得到了具有类似生物纤维结构特征的宏观人工纤维材料，其拉伸强度继续提升２５％，断裂延伸率和韧性则分别同步提升近５０％和１００％，最终拉伸强度、断裂延伸率分别可达５３５ＭＰａ、１６％。
该成果所获得的最高拉伸强度可以和高性能纤维素基天然植物纤维相媲美，这种仿生纤维结构设计策略有望应用在其他复杂等级结构材料的设计和制备中。
（来源：科技日报）我国成功研制ＩＴＥＲ首个大型超导磁体线圈近日，由中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所承担研制的国际热核聚变实验堆（ＩＴＥＲ）计划首个大型超导磁体线圈———极向场６号线圈（ＰＦ６线圈）竣工交付，将通过海运方式运送至法国ＩＴＥＲ现场。
磁场线圈常数的频率响应测量
张伟;汤元会
【期刊名称】《计量学报》
【年(卷),期】2016(000)001
【摘要】线圈常数是磁场线圈的重要技术指标。
分析了线圈常数的频率响应产生原因，提出基于感应线圈法的测量方法，并运用测量相对比值以消除测量误差。
通过对三段巴凯尔圆环磁场线圈的频率响应测量结果表明，该方法的理论分析结果与实际测量结果基本一致。
【总页数】3页(P102-104)
【作者】张伟;汤元会
【作者单位】中国计量科学研究院，北京100029;陕西省计量科学研究院，陕西西安710065
【正文语种】中文
【中图分类】TB972
【相关文献】
1.旋转线圈测量法测量BEPCⅡ对撞区超导磁铁磁场 [J], 彭全岭;温雪梅;阮玉芳;薛纪钦;翟纪元;吕鲲;彭月梅;王逗;孙一鹏;张久昶;邓昌东;周建新;杨梅;陈福三;陈沅;于程辉;吴英志;任芳林;尹宝贵;董岚;倪淦林;孙志锐;李藜;张卓
2.普朗克常数h测定系统中磁场线圈稳流源研究 [J], 王农;韩冰;贺青;张钟华;李小亭
3.罗柯夫斯基线圈频率响应特性的测量方法 [J], 何津云;朱长春
4.频率响应法测量变压器线圈绕组变形 [J], 翟遵国
5.用冲击电流计测量磁场实验中探测线圈自感对测量结果的影响 [J], 何捷
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5T分体式低温超导磁体多场力学行为分析及实验研究5T分体式低温超导磁体多场力学行为分析及实验研究摘要：低温超导磁体广泛应用于核磁共振成像、磁共振治疗、磁控聚变等领域。
为了提高低温超导磁体的性能及稳定性，有必要对其多场力学行为进行深入分析和研究。
本文以5T分体式低温超导磁体为研究对象，通过实验和数值模拟的方法，对其在磁场、温度和机械应力等多种条件下的力学行为进行了综合分析。
研究结果有助于优化超导磁体的设计及操作参数，提高其耐久性和性能，为未来低温超导磁体的应用和发展提供参考和指导。
1. 引言低温超导磁体由超导线圈和冷却系统组成，可以产生强大且稳定的磁场。
然而，由于多种因素的影响，如热胀冷缩、机械强度等，低温超导磁体在长时间运行和温度变化过程中会出现多场力学行为。
这些力学行为对超导磁体的性能和稳定性有着重要的影响。
因此，对低温超导磁体的多场力学行为进行深入研究具有重要意义。
2. 实验方法本文选取了5T分体式低温超导磁体作为研究对象，设计了一系列实验，包括磁场力学实验、温度-力学实验和机械应力实验等。
在实验中，采用了精密的传感器和测量设备，对磁体在不同条件下的力学行为进行了实时监测和记录。
3. 实验结果及分析通过对实验数据的处理和分析，我们得到了磁体在不同磁场强度和温度条件下的力学行为曲线。
结果显示，在磁场升降过程中，磁体的应变和变形受到磁场力的影响较大，同时伴随温度的变化，磁场力的影响程度也有所不同。
此外，在受到机械应力作用下，磁体的应变和变形呈现出明显的非线性行为。
4. 数值模拟与验证为了更深入地理解磁体的力学行为及其特性，我们采用数值模拟方法对实验结果进行了验证。
通过在模拟中引入材料参数、磁场参数和温度参数等，得到了与实验结果相一致的模拟结果。
这进一步验证了实验结果的准确性及实验方法的可靠性。
5. 讨论与展望本文通过实验和数值模拟的方法，对5T分体式低温超导磁体在磁场、温度和机械应力等多种条件下的力学行为进行了全面分析。
12t超导磁体结构12T超导磁体是一种能够产生强磁场的器件。
它在多个领域中有着广泛的应用，包括核磁共振成像、粒子加速器、磁共振治疗等。
本文将介绍12T超导磁体的结构和工作原理。
12T超导磁体由多个组件构成，包括超导线圈、冷却系统、保护系统等。
超导线圈是12T超导磁体的核心部分，它由超导材料制成，能够在低温下实现零电阻的输运。
超导线圈通过外部电流的通入产生强大的磁场，达到12T的磁场强度。
超导线圈通常由多个线圈组成，以增加磁场的均匀性。
这些线圈被安置在一个支撑结构中，以保持稳定的位置和形状。
同时，为了提高线圈的机械强度和热稳定性，通常还会在超导线圈中加入增强材料，如玻璃纤维增强塑料。
为了保持超导线圈的低温状态，12T超导磁体还需要一个冷却系统。
常用的冷却方法有液氦冷却和制冷机冷却。
液氦冷却是最常见的方法，因为液氦在低温下具有很高的冷却效果。
液氦通过管道输送到超导线圈中，将其冷却至超导临界温度以下，以实现超导状态。
保护系统是12T超导磁体中非常重要的一部分。
由于超导线圈在工作过程中非常脆弱，一旦超过其允许的电流或磁场范围，就会发生失超现象，导致超导线圈损坏。
因此，保护系统能够及时检测到超过临界值的情况，并采取相应的措施，如切断电流或引入释放阻尼，以保护超导线圈的安全。
除了以上组件，12T超导磁体还需要一个电源系统来提供电流，并且需要一个控制系统来实现对磁场强度和稳定性的控制。
电源系统通常由恒流源和电流反馈回路组成，以确保超导线圈中的电流能够稳定地维持在所需的数值。
控制系统通过监测和调整电流和温度等参数，实现对磁场强度的精确控制。
12T超导磁体在实际应用中有着广泛的用途。
在核磁共振成像中，它能够产生强大的磁场，提高成像的清晰度和分辨率。
在粒子加速器中，它能够加速粒子到更高的能量，从而实现更高能量的粒子碰撞实验。
在磁共振治疗中，它能够产生足够强的磁场，以实现对肿瘤等疾病的治疗。
12T超导磁体的结构和工作原理使其成为一种重要的磁场产生器。
!第I:卷第J期原子能科学技术f#+Q I:!^#Q J !*2*9年J月Y%#5&/U';S O0?/&;'/;H'!_;/T'#+#O0?;=Q*2*9基于金属磁量热技术的拾波线圈电磁性能仿真模拟李!睿 孟思勤 郝丽杰 王洪亮 徐利军 孙!凯 刘蕴韬( 陈东风($中国原子能科学研究院中子散射实验室!北京!72*)79%摘要 金属磁量热技术是利用稀土金属的磁化在低温随温度变化明显的特性!对低能射线能谱进行高分辨的探测"拾波线圈作为拾取磁信号变化的重要部分!在金属磁量热技术中担任重要的角色!其设计构型及电磁参数直接影响到传感器的能量分辨能力"本文利用有限元模拟仿真技术对线圈的匝数-占空比等参数对电磁性能的影响进行了详细计算!并通过与实测结果的对比!验证了仿真模型与参数的正确性!为拾波线圈的设计提供了可靠依据"关键词 金属磁量热技术.低能,射线.拾波线圈.电磁仿真中图分类号 _]J J.B I:7Q7文献标志码 Y文章编号 7222@-J97$*2*9%2J@719I@2-60. 72Q:I91&0e N Q*2**Q0#$<&H'Q2119:.45'%-.0*01A'(+-,04%<*(-.+M(,10,4%*+(01M.+U;5380.'O%/(60*P(-%''.+P%<*(-.+8%'0,.4(-,E].R$&!F U^[?&i&'!3Y B]&h&;!4Y^[3#'O+&H'O!d a]&h$'!?a^C H&!].a`$'%H#(!A3U^Z#'O G;'O($(8)D<@,?9B D D8</,>M B R@<B D@<0!E*/,B T,H D/D)D8@-3D@Q/9C,8<>0!78/I/,>72*)79!E*/,B%H&/-,%+-#!F;%H++&/5H O';%&//H+#S&5;%S0T#+!,,&O'&G&/H'%=S#5&,;&'/S&%&/H+!;G;',;H==+&/H%&#',,$/TH,'$/+;H S=S#+&G;S H%&#'=S;(;'%&#'!S H!&#'$/+&!;/+H,,&G&/H%&#'!'$/+;H S ,H G;%0H'!H'%&@%;S S#S&,5Q F;%H++&/5H O';%&//H+#S&5;%S0S;H+&e;,;';S O0S;,#+$%&#'&'%T;#S!;S#G H G;";+;/%S#'f#+%,>0$%&+&e&'O%T;,&O'&G&/H'%/#'%S&>$%&#'#G T;H%/H=H/&%0#G H 5H O';%&/#S&O&'H%5&++&@C;+(&'%;5=;S H%$S;,&'S H S;@;H S%T!#=;!Y$G&+5,Q P#S!;%;/%&'O O H55H@S H0=T#%#',"&%TH';';S O0#G H S#$'!722N;f!%T;;';S O0S;,#+$%&#'&,>;%%;S %T H'287L!72%&5;,>;%%;S%T H'%T;T&O T@=$S&%0O;S5H'&$5$3K[;%O H55H,=;/%S#5;@ %;S"&%T%T;T&O T;,%;';S O0S;,#+$%&#'Q_T;5;%H++&/5H O';%&//H+#S&5;%;S/H'!;%;/% #%T;S S H!&H%&#'%0=;,%T H'O H55H S H0,,$/TH,H+=T H H'!>;%H;5&,,&#',QF;%H++&/5H O@ ';%&//H+#S&5;%S0/H'H+,#>;$,;!G#S=S;/&,;5;H,$S;5;'%#G H,%S#=T0,&/H+=T;'#5;'H!/#,5&/S H0,H'!#%T;S T&O T@;';S O0=T0,&/,=T;'#5;'H Q Y,H'/S&%&/H+=H S%#G%T;5;%H++&/ 5H O';%&//H+#S&5;%;S!%T;=&/N@$=/#&+=+H0,H!$H+S#+;&'%T;,;',#S$'&%Q.%&,'#%#'+0收稿日期 *2**@7*@2J.修回日期 *2*9@2*@**基金项目 稳定支持基础科研计划(通信作者 刘蕴韬!陈东风Copyright©博看网. All Rights Reserved.S;,=#',&>+;G#S/#'(;S%&'O5H O';%&/G+$</T H'O;,&'%#;+;/%S&/H+,&O'H+,!"T&/T&,,$>,;@ i$;'%+0=&/N;!$=>0%T;?m a.Z/T&=!>$%H+,#S;,=#',&>+;G#S O;';S H%&'O=;S,&,%;'% ;</&%H%&#'5H O';%&/G&;+!H'!5H O';%&e&'O%T;S H S;@;H S%T!#=;!,;',#S%T&'@G&+5Q_T;!;@ ,&O'/#'G&O$S H%&#'H'!;+;/%S#5H O';%&/=H S H5;%;S,#G=&/N@$=/#&+/H'!&S;/%+0&'G+$;'/; %T;;';S O0S;,#+$%&#'#G%T;,;',#S Q.'%T;=H=;S%T;&'G+$;'/;,#G(H S&#$,=H S H5;%;S, $;Q O Q!'$5>;S#G%$S',#G,#&+!!$%0S H%&#%#'%T;;+;/%S#5H O';%&//T H S H/%;S&,%&/,$,&'O %T;G&'&%;;+;5;'%5;%T#!"H,/H+/$+H%;!Q_T;H/%$H+=&/N@$=/#&+,&e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核材料-国土安全-反恐等领域的核素精确识别依赖于在低能区对,射线能谱的高分辨率识别"目前能量分辨力最好的高纯锗$3K[;%探测器的分辨率可达7L!但在几十至几百N;f能量区间的,射线中!特征能谱峰位差小于7222;f!核素的特征射线几乎重叠!难以利用3K[;探测器进行分辨"基于超导量子干涉效应的金属磁量热计$FF A%!是通过利用射线能沉积为热能后!导致某些特定金属的磁化强度发生明显变化!将磁信号转化为电信号从而实现单个光子能量的高分辨测量*7@:+"对于探测722N;f左右的,射线!金属磁量热计能量分辨率好于287L!比高纯锗,谱仪要高72倍!因此发展此技术将有利于大力提升a-K$等同位素的精确识别*1+"传感器芯片是金属磁量热计的核心组成部分!其作用是将吸收的射线光子沉积为热能进而转换为磁通量的变化!被超导量子干涉芯片$m a.Z%读出"传感器芯片主体包括热吸收体层-热传导层-Y$#U S复合材料传感层以及超导拾波线圈层"金吸收体层吸收射线光子后!能量被热传导层转化为热平衡态声子!最终传递到Y$#U S传感层!将热能信号转化为磁通信号!该信号被超导拾波线圈层拾取后产生感生电流!传递给?m a.Z芯片输出*J@77+"超导拾波线圈是传感器芯片的重要组成部分!它不仅负责将磁信号转化为电信号输出给?m a.Z芯片!同时肩负着产生稳定的激励磁场!使磁性原子发生磁化的作用"为了使m a.Z内的磁通变化最大化!需要对拾波线圈的几何结构及性能参数进行优化!保障拾波线圈与m a.Z芯片的输入电感参数相互匹配"因此!本文采用二维有限元模拟方法对传感器芯片拾波线圈的电感量进行仿真!达到感生电流-探测效率及工艺难度的最优化匹配!并通过对放大实物样品的实际测量!验证仿真模型及边界条件参数的正确性"7!拾波线圈的工作原理金属磁量热计的工作原理如图7所示!射线光子被传感器的吸收层吸收转变为热量C!-917原子能科学技术!!第I:卷Copyright©博看网. All Rights Reserved.通过金柱层热传导!热量被Y $#U S 传感器层吸收!由于U S 元素的核外电子的磁矩在一定的磁场作用下表现出灵敏的温度变化"!形成磁化强度的变化X !该磁化强度的变化被拾波线圈层拾取转化为磁通量的变化W !W 被?m a .Z 拾取产生感生电流T "拾波线圈位于传感器的最下层!肩负着产生稳定的磁场使U S 元素磁化-并拾取U S 元素由于温度变化而引起的磁化变化的作用!因此拾波线圈的性能直接影响到金属磁量热计的工作效率"由于传感器由微加工制造而成!拾波线圈的尺度达到微米量级!难以用宏观的测量方法判断线圈的性能指标!因此!准确模拟磁信号的变化对于线圈的设计及优化尤为重要"图7!金属磁量热计的工作原理P &O Q 7!B =;S H %&'O=S &'/&=+;#G5;%H ++&/5H O';%&//H +#S &5;%;S 按照金属磁量热计测量的光子能量范围在十到百N ;f 量级!在传感器芯片上所引起的温度变化为百5C 量级!因此金属磁量热计需在5C 级的低温冷冻机中工作!且拾波线圈需要保持超导状态以减少由于线圈发热而引起的温度波动"由于5C 级别的温度变化所引起的磁通量变化仅为72X 7-4>左右!?m a .Z 的电感量一般在十'3量级!为了使?m a .Z 最大限度地拾取磁通量的变化!需将拾波线圈的电感与m a .Z 线圈的电感进行良好的匹配"由电磁学理论可知!拾波线圈产生电感M 的公式表示为#M #7(=$7$5%T$7%其中#7为磁场强度.(为线圈的匝数.=为相邻线圈的中心距.5为线宽与中心距的比值$占空比%"本文选取迂回型的线圈作为拾波线圈的主体结构!其基本组成如图*所示"较比于螺线管线圈!迂回线圈具有磁场随距离衰减快-易于应用微加工工艺的优点"但也导致了其磁场结构复杂!每匝线圈间的互感系数难以计算的问题!因此!需要使用有限元模拟手段!基于式$7%对线圈之间的相互影响进行离散化处理!详细讨论不同结构参数对电感性能的影响"图*!迂回型拾波线圈的结构及磁场分布示意图P &O Q *!?%S $/%$S ;#G >0=H ,,%0=;=&/N @$=/#&+H '!,/T ;5H %&/#G5H O';%&/G &;+!!&,%S &>$%&#'!!仿真模型的建立本文采用P U FF 软件对拾波线圈关键耦合参数进行模拟仿真!该软件具有利用有限元方法精确模拟频域下的电磁场分布的特点!适合本文对在低频磁场下求解拾波线圈电感量的仿真需求"该软件将仿真区域划分为多个三角形!每个三角形都对应一个近似解!通过推导求解满足仿真区域中所有近似解的总条件!得到最终解"在进行有限元分析前!需根据实际情况设定边界条件-仿真区域-材料属性等参数!然后利用P U FF 软件的线圈参数提取功能计算出线圈电感"在边界条件设定上!选择狄利克雷边界条件!以便于指定微分方程在边界上的值.在仿真区域三角形密度的选择上!优化了计算量和准确度之间的平衡!使计算误差控制在*L 之内.在属性参数上!考虑到^>金属材料的超导温度在1#72C 之间!适合量热计的工作温度要求!因此采用^>的相对磁导率7W 72X -.在结构参数上!考虑到传感器芯片的实际大小-工作环境及加工工艺!选取占空比范围为92L #:2L !中心距范围为*#72*5!匝数范围为72#92匝"由于P U FF 软件是二维平面模拟!且:917第J 期!!李!睿等#基于金属磁量热技术的拾波线圈电磁性能仿真模拟Copyright ©博看网. All Rights Reserved.线圈折返的长度远小于线圈直线的长度!因此本文模拟忽略了折返部分的长度!采用近似的平行线结构"图9为以拾波线圈横截面为分析对象的有限元模拟的离散化处理模型"#!仿真模型的验证为了验证仿真方法及边界条件选取的正确性!首先对仿真结果及实测结果进行对比"真实的线圈尺寸在微米量级!由于测量误差远大于测量结果!难以采用直接7p 7制备并测量的方式验证结果的正确性!因此本文采用真实线圈等比例放大的方式!进行仿真结果与实验结果的对比"使用P U FF 软件对大尺度线圈的中心距及占空比对线圈的电感量的影响进行仿真计算"拾波线圈的电感量随占空比-中心距及匝数变化的仿真结果如图)所示"当中心距及匝数分别固定在782I 55和*I 匝时!随占空比的增加电感量单调下降!根据式$7%可知!这是由于线圈宽度的增加压缩了线圈的有效面积!影响了线圈内的磁通量!因此导致电感量的明显减小.当占空比及匝数分别固定在I 2L 和*I 匝时!随着中心距的增加!电感量逐渐增加并趋于饱和!根据式$7%可知!这是由于中心距增加导致磁场可穿过线圈的面积增加!从而导致磁通量的增加"当拾波线圈的中心距持续增加将导致可通过拾波线圈的磁力线密度减弱!因此磁通量的增加逐渐趋于饱和!这是迂回线圈与螺线管线圈的不同之处.当中心距及占空比分别固定在782I 55和I 2L 时!随匝数的增加线圈电感量单调增加!这是由于随着匝数增加!可拾取的磁信号逐渐增加导致电感量随之增加"为验证仿真结果!使用Y +%&$5Z ;,&O ';S 软件设计厘米尺度线圈的K A D 板!包括不同的占空比-匝数及中心距!并利用铜材质进行线圈制备!制备完成图如图I 所示"利用f .A _B R)2J 7A]A R 数字电桥对各组线圈的电感量进行测量!测量结果如图)所示!测量点的误差源自于多次测量数据的标准差及仪器测量的绝对不确定度"可以看到电感量随占空比-中心距及匝数的变化趋势与仿真计算的数值基本吻合!其相对误差在28*L #1L 之间"中心距289I55处的电感相对误差达到1L !其原因是该线圈的电磁参数已接近图9!有限元模拟的离散化处理模型P &O Q 9!Z &,/S ;%;=S #/;,,&'O 5#!;+#G G &'&%;;+;5;'%5#!;+&'O图)!拾波线圈耦合参量对电感量的影响P &O Q )!.'G +$;'/;#G /#$=+&'O=H S H 5;%;S #G =&/N @$=/#&+#'&'!$/%H '/;1917原子能科学技术!!第I :卷Copyright ©博看网. All Rights Reserved.测量所用电桥的灵敏度极限"以上仿真与测量结果的一致性!说明采用的模型及边界条件能真实反应实际拾波线圈的性能!并能预测器件的工作效果"图I!大尺度线圈K A D板P&O Q I!]H S O;@,/H+;/#&+K A D=+H%;!拾波线圈的仿真结果及解析考虑到实际探测,射线源的尺寸!本文将真实线圈的传感器面积固定在I55WI55区域内!因此9个主要仿真耦合参数中中心距与占空比可作为独立变量"参考文献*7*@7-+报道的同类型传感器所采用的中心距为I# *I*5!占空比为I2L#12L!根据大尺寸线圈模拟得到的规律及传感器面积大小的限制导致中心距无法过大的原因!将仿真模拟参数调整为中心距*#72*5-占空比92L#:2L"根据^>线圈的超导临界电流测量!计算所设定的电流为I25Y"通过P U FF软件仿真模拟的拾波线圈电感量随匝数及占空比变化的三维仿真模拟结果如图-所示"微线圈的电感量在7#7*'3之间!这个参数与?m a.Z线圈的电感量在同一个量级!保障磁通量变化信号在拾波线圈和m a.Z之间的平衡匹配"随占空比的增加!电感量表现为单调减少的趋势!当占空比由92L增加到:2L时!电感量约减少:-8)L $匝数E7I%"另一方面!随着匝数的增加!电感量表现为明显的增加趋势!当匝数由7I匝增加到:I匝时!电感量约增加*I9L$占空比固定在-I L%"上述结果表明!相较于占空比!线圈的匝数对电感量的影响更加明显!可通过在一定范围内调节匝数来优化与m a.Z电感量的匹配!这是单纯利用式$7%难以计算得到的!也说明了仿真模拟的重要性"通过本文的有限元仿真模拟!得到金属磁量热计内部磁场的三维分布如图:所示!其中蓝色部分代表拾波线圈的横截面"可看到!在线圈的边缘展现出较强的磁场分布!但随着远离拾波线圈!磁场强度迅速下降!这一结果证明选取迂回结构最大限度地减少了线圈匝数间的互感"本工作关注线圈正上方有效磁场的影响范围!以便决定Y$#U S吸收层的最佳厚度!由模拟结果可知!在距离^>线圈层**5的范围内!磁感应强度已降低到5_量级!这表明可通过Y$#U S薄膜厚度的优化!达到即可高效利用磁化强度-又减少多余的Y$#U S带来的热量消耗的目标"图-!拾波线圈电感量随匝数及占空比变化的三维仿真模拟结果P&O Q-!9Z,&5$+H%&#'S;,$+%#G=&/N@/#&+&'!$/%H'/;(H S0&'O"&%T'$5>;S#G%$S',H'!!$%0/0/+;图:!利用有限元模拟计算的金属磁传感计内部磁感应强度的分布P&O Q:!Z&,%S&>$%&#'#G&'%;S'H+5H O';%&/&'!$/%&#' &'%;',&%0#G5H O';%&/,;',#S/H+/$+H%;!>0G&'&%;;+;5;'%,&5$+H%&#'J!结论为了使金属磁量热计中拾波线圈与?m a.Z 达到良好的电感匹配!本文通过P U FF软件J917第J期!!李!睿等#基于金属磁量热技术的拾波线圈电磁性能仿真模拟Copyright©博看网. All Rights Reserved.对拾波线圈的电磁性能及其影响因素进行了模拟仿真!并通过实物线圈的电感量测量方式对仿真模型及参数进行了验证"仿真结果表明!线圈的匝数对电感的调制能力较比占空比-中心距等其他参数更为显著"同时!仿真模拟结果给出金属磁量热计传感器内部的磁场分布!为芯片整体结构的设计提供了重要的参考依据及数据支撑"感谢中国科学院物理研究所马肖燕副主任工程师-中山大学刘新智副教授在拾波线圈设计及制备中提供的帮助与支持"参考文献*7+!P]U.?A3FY^^Y!Z Y^.`Y R B f_!R B_b@ .^[U R3!;%H+QF H O';%&//H+#S&5;%;S,G#S T&O TS;,#+$%&#'d@S H0,=;/%S#,/#=0*V+Q K T0,&/H D#A#'!;',;!F H%%;S!*229!9*J#7I J)@7I J I Q**+!C.F[D!D B`Z?_K!A Y^_B RR3!;%H+Q Y';"5;H,$S;5;'%#G%T;-2N;f;5&,,&#'G S#5Y5@*)7$,&'O5;%H++&/5H O';%&//H+#S&5;%;S,*V+Q V#$S'H+#G]#"_;5=;S H%$S;K T0,&/,!*2*2!7J J$9@)%#72I I@72-7Q*9+!D B`Z?_K!C.F[D!3Y]]VY!;%H+Q F;@ %H++&/5H O';%&//H+#S&5;%;S,G#S T&O T@H//$S H/0'$/+;H S!;/H0!H%H*V+Q V#$S'H+#G]#"_;5=;S H@%$S;K T0,&/,!*2*2!7J J$9@)%#-17@-1:Q*)+!3aFFY_B f R!3Y]]VY!C.F[D!;%H+Q P H>S&/H%&#'#G T&O T@S;,#+$%&#'O H55H@S H05;%H++&/5H O';%&//H+#S&5;%;S,"&%T Y O#U S,;',#SH'!%T&/N;+;/%S#=+H%;!H>,#S>;S,*V+Q V#$S'H+#G]#"_;5=;S H%$S;K T0,&/,!*271!7J9$I@-%#:I*@:I:Q *I+!D B`Z?_K!3aFFY_B f R!C.F[D!;% H+Q.'%;O S H%;!?m a.Z&,;',#S5;%H++&/5H O';%&/5&/S#/H+#S&5;%;S G#S O H55H@S H0,=;/%S#,/#=0*V+Q V#$S'H+#G]#"_;5=;S H%$S;K T0,&/,!*271!7J9$9@)%#)9I@))2Q*-+!]U]^!3aFFY_B f R!3Y]]VY!;%H+Q Z;(;+#=5;'%#G5H O';%&/5&/S#/H+#S&5;%;S,G#SO H55H@S H0,=;/%S#,/#=0*V+Q V#$S'H+#G]#"_;5=;S H%$S;K T0,&/,!*27-!71)$7@*%#721@779Q *:+!V Y^[`?!C.F[D!C.F CV!;%H+Q Z;(;+#=@ 5;'%#G!;/H0;';S O0,=;/%S#,/#=0$,&'O+#"%;5=;S H%$S;!;%;/%#S,*V+Q Y==+&;!R H!&H%&#'H'!.,#%#=;,!*27*!:2$J%#**I I@**I J Q*1+!U^??A Q3&O T@S;,#+$%&#'d@S H0H'!,@S H0!;%;/@ %&#'$,&'O/S0#O;'&/5H O';%&//H+#S&5;%;S,*V+Q K T0,&/HD#A#'!;',;!F H%%;S!*222!*12#I7I@I7J Q*J+!R B Z R.[a U?F!FY R.YF R!]B.Z]F!;% H+Q Y5;%H++&/5H O';%&//H+#S&5;%;S!;!&/H%;!%#%T;,=;/%S#5;%S0#G]d@S H0,;5&%%;!>0H/%&'&!;,*V+Q U K V4;>#G A#'G;S;'/;,!*27:!7)-# 7227*Q*72+[Y?_Y]Z B]!R Y^._b?A3KAB!(#'?U[@ [U R^P!;%H+Q A T H S H/%;S&e H%&#'#G+#"%;5=;S H@ %$S;5;%H++&/5H O';%&//H+#S&5;%;S,T H(&'O O#+!H>,#S>;S,"&%T&5=+H'%;!3#@7-9&#',*V+Q^$/+;H S.',%S$5;'%,H'!F;%T#!,&'K T0,&/,R;,;H S/TY!*279!:77#7I2@7I J Q*77+C.F[D!3aFFY_B f R!C U F K P?!;%H+Q A#',&,%;'%5;H,$S;5;'%,#G*99a O H55H;5&,@,&#',$,&'O5;%H++&/5H O';%&//H+#S&5;%;S,"&%T$+%S H@T&O T;';S O0S;,#+$%&#'*V+Q V#$S'H+#GR H@!&#H'H+0%&/H+H'!^$/+;H SA T;5&,%S0!*271!971$7%#129@121Q*7*+C.F[D!P]`^^A A!C U F K P?!;%H+Q Z;(;+#=5;'%#G FF A O H55H!;%;/%#S,G#S=S;@/&,;/T H S H/%;S&e H%&#'#G$S H'&$5&,#%#=;,*V+Q V#$S'H+#G]#"_;5=;S H%$S;K T0,&/,!*271!7J9$I@-%#7*9-@7*)*Q*79+a^[U RZ!Y D U]^Y!U^??A!;%H+Q3&O T@ S;,#+$%&#'G#S.Y d B#FF A@>H,;!d@S H0!;%;/@ %#S,*V+Q H S d&(#*272Q7I9)1!*2*7Q*7)+b.^CD!.R4.^C!3.]_B^[!;%H+Q]&%T#@ O S H=T&/H++0=H%%;S';!5H O';%&//H+#S&5;%;Sd@S H0!;%;/%#S,"&%T&'%;O S H%;!?m a.Z S;H!#$%*V+Q^$/+;H S.',%S$5;'%,H'!F;%T#!,&'K T0,&/,R;@,;H S/TY!*22)!I*2#I*@I I Q*7I+?_U f U^?B^_R!D Y]f.^F Y!D Y^Z]U R R!;%H+QF H O';%&//H+#S&5;%;S#=%&#'G#S%T;]0'<d@S H05&/S#/H+#S&5;%;S*V+Q V#$S'H+#GY,%S#'#5&/H+_;+;,/#=;,.',%S$5;'%,H'!?0,@ %;5,!*27J!*J$I%#7@-Q*7-+]B.Z]F!R B Z R.[a U?F!FY R.YF RQ F;H,$S;5;'%#G%T;;+;/%S#'/H=%$S;=S#>H>&+&%&;,#G P;@I I"&%T H5;%H++&/5H O';%&//H+#S&5;%;S*V+QY==+&;!R H!&H%&#'H'!.,#%#=;,!*271!79)#9J I@9J1Q2)17原子能科学技术!!第I:卷Copyright©博看网. 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ITER中心螺线管模型线圈低温系统的最终设计Hamada,K;薛勤秀
【期刊名称】《低温与特气》
【年(卷),期】1995(000)004
【摘要】５ｋＷ／８００／ｈ低温系统的最终设计已经完成，并已开始建造。
采用带有双Ｊ－Ｔ阀系统的克劳特循环。
附加一台深低温透平，系统可以获得８ｋＷ的制冷量。
可以预计，在５ｋＷ和８ｋＷ时，能量效率分别为１／３４６和１／２４８。
现有低温部件的再安装，使系统先进集体降低３０％以上。
【总页数】3页(P49-51)
【作者】Hamada,K;薛勤秀
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】TB65
【相关文献】
1.ITER中心螺线管线圈绝缘导管的大规模试验 [J], Reed,RP;汤大荣
2.ITER中心螺线管模型线圈的低温系统的最终设计 [J], Hamad.,K;薜勤秀
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4.ITER校正场线圈氦进出管的设计及低温疲劳试验 [J], 马强
5.ITER校正场线圈氦进出管的设计及低温疲劳试验 [J], 马强
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超导体的电磁波解
胥爱军;王小珍
【期刊名称】《郑州大学学报（工学版）》
【年(卷),期】2005(026)002
【摘要】在广义协变的伦敦方程基础上讨论了超导体的电动力学特性,并由此建立起超导体的电磁波动方程.通过对该方程的进一步分析后我们发现,在超导体中不仅存在电磁波动解,而且还存在类似于常规导体的电磁波趋肤效应,其趋肤尺度明显地依赖于电磁波的波动频率.具体地说就是,当电磁波频率ω～√α/E0时,超导体将表现出与常规导体相似的趋肤特性;在高频情况下,两者的这种趋肤性质则会表现出比较显著的差别.
【总页数】3页(P95-97)
【作者】胥爱军;王小珍
【作者单位】郑州大学物理工程学院,河南,郑州,450052;郑州师范高等专科学校物理系,河南,郑州,550044
【正文语种】中文
【中图分类】O511.2
【相关文献】
1.Bi系超导体用于电磁波吸收体 [J],
2.Bi系超导体用于电磁波吸收体 [J], 吴全兴
3.双连通区域上的电磁波散射问题数值解 [J], 杨树伟;王连堂;巩星田
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低温与超导第39卷 第1期超导技术 Superconductivity C ryo .&Supercond . V o.l 39 N o .1收稿日期:2010-09-20作者简介:刘勃(1985-),在读博士,研究方向:ITER 超导导体测试与分析。
I T ER 超导磁体线圈电磁分析刘勃,武玉(中科院等离子体物理研究所,合肥230031)摘要:I TER 装置CS 线圈、PF 线圈、T F 线圈是ITER 装置超导磁体系统的重要组成部分。
电磁性能是超导磁体重要的方面,在研制时对各个线圈的电磁分析是十分重要的。
文中通过PRO /E 建立模型用Ansy s 软件,对ITER 导体的线圈在其最大工作电流下进行有限元分析,分析的模型分别为:只有CS 线圈与PF 线圈二维模型;单独TF 线圈三维模型;所有线圈的三维模型。
关键词:I TER ;超导;A nsys ;有限元;CICCE lectro m agnetic ana l y sis of superconducting m agnet coils ITERL i u Bo ,W u Y u(Instit ute o f P l as m a Physics ,Chinese A cade m y of Sc i ences ,H e fe i 230031,Ch i na)Abstrac t :Central So leno i d (CS),P o l o i da l F ield (PF )and T oro i dal F i e l d (TF )co ils w ere i m po rtant components o f I TER superconduc ting m agnetic syste m.E lectromagneti c prope rties we re an i m portant aspect of superconducti ng m agnets ,so it was very i m portant to ana l yse the e l ectro m agnetic when deve l op ment o f each coi.l In t h i s paper we used PRO /E to buil d mode l and usedAN-S Y S to ana l yse t he I T E R conductor o f the coil a t its m ax i m u m operati ng current .The analysism odel were respecti ve l y t wo -d i m en -si ona lm odel of only CS and PF coi,l separate t hree-d i m ensiona lmodel of TF co il and a ll t hree-di m ensiona lmodel of t he coi.lK eyword s :I TER,Superconductor ,F i n ite E le m ent ,C ICC1 引言国际热核聚变试验堆是正在进行的一个国际大科学工程,目的是建造一个可自持燃烧的超导托卡马克聚变实验堆,以便对未来聚变反应堆和商用聚变堆的物理问题和工程问题做深入的探索。
装置主要由超导磁体系统、外真空杜瓦、内外冷屏、真空室及其内部部件和磁体馈线系统等部件组成。
其中超导磁体系统包括6个极向场磁体线圈(PF),18个纵向场磁体线圈(TF),1个中心磁体螺线管线圈(CS)和18个校正场线圈(CC )。
极向场磁体线圈产生极向磁场,来控制等离子体的位置和形状;纵向场磁体线圈产生纵向磁场来约束等离子体的运动;中心螺线管产生垂直磁场,激发并加热等离子体;校正场线圈用于补偿各种误差引起的磁场分布误差[1,2]。
I TER 大型超导磁体的场强、储能大,对磁体的结构、制造工艺等都提出了较高的要求。
由于电磁性能是超导磁体很重要的一个方面,所以我们需要了解不同的磁体的工作环境是十分必要的,这是基于物理目标的需要提供准确的电磁参数,开展电磁分析是具体结构设计和分析的基础。
2 分析软件简介2.1 Ansys 软件ANSYS 软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。
由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国AN -SYS 开发,它能与多数CAD 软件接口,实现数据的共享和交换,如Pr o /Eng i n eer 、NASTRAN 、I -DE AS 、AutoCAD 等,是现代产品设计中的高级CAD 工具之一。
Ansys 以M axw ell 方程组作为电磁分析为为出发点,有限元方法计算的未知量主要是磁位和电位。
其他的诸如磁场磁通密度、电流密度、能量、力、损耗、电感和电容主要可以由这些自由度导出[3]。
本文将用Ansys软件来对CS,TF,PF导体进行电磁分析。
2.2PRO/E软件Pro/Eng i n eer操作软件是美国参数技术公司(PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一体化的三维软件。
Pro/Eng i n eer软件以参数化著称,是参数化技术的最早应用者,在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位,Pro/Engineer作为当今世界机械C AD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广[4]。
PRO/E软件与Ansys软件有数据交换的接口,本文的模型都是在PRO/E中建立集合几何模型,然后将模型导入到Ansys软件中进行分析,此方法保证建立模型的准确性和方便性。
本文将运用PRO/E软件对PF、CS、TF导体进行单独建模和整体建模。
3I TER超导磁体系统介绍I TER磁体全部采用C I CC导体结构,超临界氦迫流冷却,单根导体承载电流在40)68kA之间。
主要有纵场系统(TF)、极向场系统(PF)及中心螺管系统(CS)等。
3.1CS线圈CS线圈是由Nb3Sn股线基的管内电缆导体(C I CC)绕成,它由各自单独供电的6个线圈叠装CS线圈PF线圈T F线圈图1I TER线圈的结构示意图F i g.1I TER co il struct ure diag ra m而成。
以便于控制内部等离子体形状[5]。
叠装的强度能够承受各种运行情况下的电动力。
线圈是6层结构,单个线圈的最大的工作电流21.9MA[1]。
3.2PF线圈PF导体系统由6个不同尺寸的独立线圈组成,所有绕饼采用NbT i的CI CC导体绕成。
6个PF线圈(PF1-PF6)被安装到TF线圈上。
根据文献[1]的内容确定PF1-PF6线圈的最大的通电电流分别为11.21MA,4.35MA,8. 33MA,7.61MA,9.9MA,19.13MA。
3.3TF线圈每一个TF线圈由5个主双饼和2个侧双饼组成,且每个双饼由Nb3Sn基超导股线与纯铜线混合扭绞而成,股线装配在绕在一个敞口的中心螺线管上的多级电缆。
电缆和螺线管插入一个不锈钢套管。
TF线圈的最大工作电流为9.1MA[1]。
I TER各个线圈的结构示意图如图1所示。
4I TER磁体系统的电磁分析4.1CS和PF线圈的电磁分析CS和PF线圈结构为圆形对称,产生的电磁场在线圈的任意竖直截面上是相同的,而对于截面上的电磁场是对称的,由于磁体系统是由多个超导磁体线圈组成,因此计算截面的1/2区域即可。
假设大圆外面已经没有电磁场,把小圆与大圆之间的区域可看成是远场区域,即里面的磁场较小。
计算的实体模型如图所示计算中选用的单元类型为P lane53模拟近场空气和线圈模型,划分网格时由于磁体内部的电磁分布对超导磁体系统的影响较大,可细化超导线圈区域模型,划分的网格密度均匀一致,离线圈较远的区域,磁场的强度较低,网格密度也可由密到疏。
图2为CS和PF线圈二维模型图与网格划分后的图形。
加载边界条件和施加励磁载荷:由于磁体模型为轴对称模型,在磁体对称轴上施加平行边界条件;在各个超导线圈线圈模型上施加磁体的各图2CS和PF二维模型图与网格划分F ig.2CS and PF t w o-d i m ensi onal m ode l d i agra m andmesh自电流密度载荷。
通过静态磁场计算求解,得出电磁计算结果如图3所示。
图3CS和PF磁场分布图和线圈上的磁场分布F i g.3T he m agnetic fi e ld d i str i bution on CS and PF co il在不考虑TF 线圈影响的计算结果可以看出,在CS 线圈与PF 线圈在各自运行最大电流的情况下,CS 线圈上最大的磁场为14.758T,由于CS 线圈是由Nb 3Sn 组成,其上临界磁场为20T 左右,所以CS 线圈在最大磁场情况下仍能正常运行;PF 线圈中最大的磁场在PF6中,磁场为8.8T ,其次为PF1线圈,最大磁场6.652T ,PF2-PF5的磁场为低场环境,最大磁场在3)5T 之间,从计算结果中可以看出,PF6线圈在极限的运行环境下比较危险,需要引起我们的注意。
4.2 单个TF 线圈的电磁分析由于TF 线圈不是轴对称图形,所以我们选取三维模型来分析,模型是在PRO /E 软件中建立,然后导入Ansys 中进行分析,PRO /E 建立的TF 单个导体的模型如图4所示。
图4 PRO /E 建立的单个TF 线圈模型F ig .4PRO /E model for the establi shment o f a si ng le TF co il由于整个TF 超导磁体系统共有18个线圈,并且排列很有规律,每个线圈间隔为20e ,因此采用耦合循环对称模型选取20e 一段来模拟18个TF 磁体线圈,图5为耦合循环对称模型的1个图5 单个TF 分析模型和施加耦合循环载荷后的网格图F ig .5 TF m ode l and i m pose a si ng le coupli ng gr i d m ap afterthe cy cli c l o ad i ngTF 线圈,外部有空气区和远场区。
单元采用So-l i d 97单元来进行分析。
为了能够施加耦合循环对称条件在划分单元时可以借助辅助划分单元M esh200单元来划分,M esh 单元仅仅是用来划分网格的单元,与计算结果没有影响。
图5为施加耦合循环对称条件网格划分完成的后的效果图。
通过施加边界条件与电流密度,得到在TF 线圈上的磁场分布如图6所示。
图6 TF 线圈上的磁场分布F i g .6 M agne ti c fi e l d distributi on on t he TF co il从结果可以看出,在只考虑给TF 线圈通最大电流时,最大的磁场发生在TF 导体的直线段上,最高场为9.146T,符合磁场分布的实际情况[6]。
