强磁场下X射线全散射装置研制

发布时间：2022-07-02 15:46

　　X射线全散射原子对分布函数（Pair Distribution Function,PDF）技术是一种极具特色和优势的的三维的原子、纳米尺度（可到几百A）上的材料局域结构研究手段,在材料科学领域发挥着越来越重要的作用。国际上的一些全散射PDF装置已经具备了变温、变压功能,而在与磁场相结合方面尚属空白。本论文来源于中国科学院科研装备研制项目“强磁场下X射线全散射装置研制”,主要内容是拟研制一套强磁场下X射线全散射系统,实现变温（5-300K）、变磁场（0-10T）条件下的高精度X射线全散射PDF（对应局域结构）和X射线衍射（对应平均结构）测试功能。本论文首先在充分调研国内外的基础上,完成了对X射线全散射装置及变温样品杆的选型。选择了布鲁克公司的D8 discover测角仪作为实验平台。该平台技术成熟,具有大的衍射圆半径,且测角仪至衍射圆距离较大。其次建成了兼容X射线全散射系统和10T分离线圈超导磁体的低温恒温器系统。该系统包括低温样品腔、G-M制冷机、氦气罐、干泵、温控仪、流量计以及三维移动平台等部件。最后根据X射线衍射测量装置对磁场的物理要求来设计具有广角光学窗口的超导磁体。该超导磁体采... 

【文章页数】：119 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 强磁下材料研究的意义
    1.3 国内外强磁场下X射线测试现状及发展趋势
    1.4 国内外强磁场下X射线装置简介
    1.5 类似X射线装置所用超导磁体技术的国内外发展现状
    1.6 本文研究主要内容
    1.7 本章小结
第2章 10-T强磁场下X射线全散射装置的总体设计
    2.1 引言
    2.2 10-T强磁场下X射线全散射装置技术路线
    2.3 10-T超导磁体系统的总体设计
    2.4 X射线全散射装置的选型
        2.4.1 X射线全散射装置的原理
        2.4.2 X射线全散射装置的参数设计
        2.4.3 X射线全散射装置的选型与测试
    2.5 X射线全散射装置低温样品杆的设计
    2.6 本章小结
第3章 多线圈超导磁体高精度磁场计算方法
    3.1 引言
    3.2 数学模型
        3.2.1 级数展开法
        3.2.2 椭圆积分法
        3.2.3 其它计算方法
    3.3 软件计算程序概况
        3.3.1 程序运算基本原理图
        3.3.2 两个计算程序的计算结果比对
        3.3.3 程序效率对比及优化方式
        3.3.4 程序运算精度
    3.4 收敛性分析和奇点规避
        3.4.1 级数展开法收敛性分析
        3.4.2 椭圆积分法奇点剔除
        3.4.3 磁场最大梯度值及其方向的确定
    3.5 本章小结
第4章 X射线全散射装置中超导磁体系统的结构设计
    4.1 引言
    4.2 超导磁体系统中磁体的设计
        4.2.1 超导磁体磁体设计参数
        4.2.2 超导磁体的自感、互感计算
        4.2.3 超导磁体的力学分析
        4.2.4 超导磁体的失超保护装置
    4.3 超导磁体系统的低温系统设计
        4.3.1 超导磁体杜瓦结构设计
        4.3.2 超导磁体杜瓦漏热计算
        4.3.3 超导磁体电流引线漏热计算
        4.3.4 超导磁体杜瓦用GM制冷机的选型
    4.4 超导磁体系统高温超导电流引线的设计
        4.4.1 高温超导简介
        4.4.2 电流引线的设计
        4.4.3 电流引线安装步骤
        4.4.4 电流引线测试
    4.5 超导磁体直流开关电源的选型
    4.6 本章小结
第5章 密绕型高场Nb_3Sn超导磁体的制作工艺预研
    5.1 引言
    5.2 Nb_3Sn线材简介
    5.3 Nb_3Sn超导股线的绝缘工艺
    5.4 Nb_3Sn超导磁体骨架的绝缘工艺
    5.5 Nb_3Sn超导磁体VPI工艺
    5.6 Nb_3Sn超导试验磁体制作工艺的预研
        5.6.1 Nb_3Sn超导试验磁体的设计
        5.6.2 Nb_3Sn超导试验磁体接头制作工艺
        5.6.3 Nb_3Sn超导试验磁体的热处理及脱碳工艺
        5.6.4 Nb_3Sn超导试验磁体试验
    5.7 本章小结
第6章 X射线全散射装置中超导磁体的研制
    6.1 引言
    6.2 超导磁体中分离NbTi超导磁体的研制
        6.2.1 分离NbTi超导磁体的绕制
        6.2.2 分离NbTi超导磁体的试验
    6.3 超导磁体中分离Nb_3Sn超导磁体的研制
        6.3.1 分离Nb_3Sn超导磁体的绕制
        6.3.2 分离Nb_3Sn超导磁体的热处理及固化
        6.3.3 分离Nb_3Sn超导磁体的试验
    6.4 本章小结
第7章 全文总结
参考文献
附件—源程序代码
    级数展开法计算圆形电流
    椭圆积分法计算圆形电流
致谢
在读期间发表的学术论文与专利


【参考文献】：
期刊论文
[1]相对论返波振荡器超导磁体的研制（英文）[J]. 黄鹏程,房震,高洋,陈文革.  中国科学技术大学学报. 2016(12)
[2]一种零蒸发率低温超导磁体系统的研制[J]. 张海峰,叶海峰,王福堂,陈治友,丁怀况,罗高乔,章学华,武义锋,陈文革.  低温与超导. 2014(06)
[3]单螺管型高温超导储能磁体的ANSYS磁场仿真分析[J]. 王晶晶,罗映红,杨徉,魏蔚.  低温与超导. 2014(05)
[4]原位磁场下粉末样品的X射线衍射图谱[J]. 罗新,刘世雄.  化学物理学报. 2004(02)
[5]超导托卡马克HT-7U磁体线圈模拟长样真空压力浸渍及低温力学性能[J]. 崔益民,潘皖江,武松涛.  真空与低温. 2002(04)
[6]非晶态Mg70Zn30合金结构因子的预峰[J]. 王焕荣,叶以富,闵光辉,滕新营.  物理学报. 2001(03)
[7]用θ-2θ型粉末衍射仪精确测定溶液结构的新尝试[J]. 房春晖,房艳,王鲁英,宋大康,吴西宁.  化学学报. 1999(01)
[8]圆形电流磁场的级数解[J]. 张自嘉.  工科物理. 1998(06)
[9]X射线衍射在精密测量上的应用[J]. 中山贯,郭素贞.  国外计量. 1983(06)

博士论文
[1]上海EBIT装置优化改造[D]. 路迪.复旦大学 2013

硕士论文
[1]Bi-2223高温超导体混合态相关物理性质研究[D]. 邹平.重庆大学 2007



本文编号：3654635