当前位置:主页 > 理工论文 > 核科学论文 >

斜螺线管型超导磁体的研制

发布时间:2020-06-28 05:40
【摘要】:目前,大型加速器所用超导磁体通常采用Cos-theta型或跑道型线圈结构,存在绕制困难、应力累积大、线圈加固和成型工艺复杂、加工成本高等缺点。随着超导磁体技术的快速发展,寻求一种结构简单、磁场分布好且运行稳定的线圈形式,对于发展更高磁场、更紧凑结构和更低成本的未来加速器超导磁体具有重大意义。斜螺线管型线圈结构(Canted-Cosine-Theta,CCT)具有磁场品质优越、机械性能突出、绕制工艺简单、加工成本低等优点,国际上多家加速器实验室(CERN、LBNL、PSI)已开展该技术的研究工作。针对近物所大科学装置HIAF、CiADS的需求,并结合医用Gantry磁体的发展方向,论文从小型样机磁体的研制入手,借鉴前期CCT相关项目研制经验,详细对CCT超导四极磁体的电磁、结构等方面展开研究,掌握磁体从设计、加工、绕制到装配成型等关键技术,为未来该类型超导磁体(多极和组合功能型)的发展提供一个全新思路。围绕该新型线圈结构,开展以下内容的研究:(1)CCT线圈磁场仿真方法研究。通过对CCT线圈参数方程的推导,得到线圈绕组与磁场之间的解析表达式,并分别介绍了CCT二极、四极及组合功能型磁体产生磁场的机理;对于CCT线圈磁场计算,给出了两种计算方法:解析法和有限元方法。结合两种方法的优势,利用专业磁场仿真程序,发展了一套CCT磁体高效、精确磁场设计方法。(2)CCT线圈参数优化与误差分析研究。通过分析不同CCT线圈组合产生的磁场分布,得到一种最优线圈组合方案:RL+LR(LR+RL);阐述了CCT磁体在设计过程中需要考虑的因素,包括:最小倾斜角、磁场、场增益系数和超导线用量等。通过分析各参数与倾斜角的关系,将积分场作为优化目标,得到CCT磁体最优的倾斜角。由于CCT线圈产生的磁场与电流路径直接相关,文中基于拉丁超立方抽样方法分析了线圈绕制误差和装配误差对磁场性能的影响。(3)提出了三种CCT线圈实现方案:槽内电缆、槽内导线和槽内多线圈。通过不同工艺方案的探索,最终确定了槽内多线圈技术,并成功研制了一台CCT超导四极磁体样机。基于失超传播速度和有限元两种方法对该磁体进行了数值模拟。最后,对CCT超导四极磁体进行了低温测试和性能评估。本论文通过完成国内首台CCT超导四极磁体样机,掌握了该类超导磁体的设计方法、技术路线和工艺参数,为后续大科学装置项目中该类型超导磁体的应用打下坚实的基础。
【学位授予单位】:中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TL50
【图文】:

布局图,布局图,总体结构


osine-Theta,CCT)的特点,并对国际上斜螺线管型线圈在超用治疗装置领域的发展进行了简要的回顾,最后对本博士论文方法及结果做了简要说明。景及选题意义重离子加速器(HIAF)离子加速器装置 HIAF(High Intensity Heavy-ion Accelerator代物理研究所 十二五 重大工程项目,它是集强流超导直线加环的先进研究装置,完美结合了直线加速器的高脉冲流强和同特点,采用了国际上最先进的强流离子源、超导直线加速、束流术,其主要目标是认识原子核内有效相互作用、理解宇宙中从源、研究高能量密度物质性质、解决我国空间探索和核能开发相关等重大前沿科学问题[1]。

示意图,立体角,束流,示意图


短寿命核素高精度质量测量方面,HIAF 将是国际上最先进的加速器装HIAF 磁体系统将采用超导磁体与常温磁体相结合的方式,其中,超导一种新型的斜螺线管型线圈结构,作为磁体系统设计的主选方案。本论HIAF 项目,开展斜螺线管型超导磁体样机预研工作,通过一套完整超导系统的研制,掌握基于斜螺线管型线圈的关键技术和工艺路线,为未来型超导磁体在加速器装置领域的应用提供宝贵的参考价值。.2 医用超导 Gantry 系统重离子和质子治疗装置中的旋转机架(Gantry),能够实现对放射性束度旋转,结合对病人的水平旋转,能够实现4π全立体角供束,是最为理终端[2](见图1.2)。相对于常规的水平和垂直治疗终端,Gantry能够提更可靠的治疗方案,最大程度地减少对健康敏感器官的辐射剂量[3](见图

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 ;西安聚能超导磁体科技有限公司[J];稀有金属材料与工程;2016年02期

2 ;西安聚能超导磁体科技有限公司[J];稀有金属材料与工程;2016年04期

3 ;西安聚能超导磁体科技有限公司[J];稀有金属材料与工程;2016年08期

4 ;打破技术垄断 国产商用1.5T超导磁体实现产业化[J];硅谷;2011年05期

5 宋晓卫;戴银明;王秋良;王晖;宋守森;;基于ANSYS的传导冷却超导磁体系统的热分析[J];低温与超导;2010年03期

6 须磊;;超导磁体及其应用[J];现代物理知识;2006年02期

7 崔益民,潘皖江,武松涛;聚酰亚胺薄膜在大型低温超导磁体中的应用[J];绝缘材料;2002年05期

8 ;利用超导磁体清除废水中的磷酸盐[J];现代化工;2000年03期

9 ;世界上一个不用低温冷却剂的工业用超导磁体[J];稀有金属材料与工程;1996年02期

10 耿战修;我国研制成功大型鞍式超导磁体[J];高技术通讯;1997年03期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 彭海东;张庆福;;密绕超导磁体的稳态稳定分析[A];数学·物理·力学·高新技术研究进展(一九九六·第六期)——中国数学力学物理学高新技术交叉研究会第6届学术研讨会论文集[C];1996年

2 崔益民;潘皖江;武松涛;万元熙;;大型超导磁体低温胶的研究分析[A];第五届全国低温工程大会论文集[C];2001年

3 关明智;王省哲;辛灿杰;马力祯;;超导磁体结构的多场环境下的力学测量与分析[A];第十三届全国实验力学学术会议论文摘要集[C];2012年

4 刘安明;汪少华;;超导磁体低温真空的特点及泄漏对真空的影响[A];第二届全国真空检漏技术工业应用研讨会论文集[C];2000年

5 刘安明;汪少华;;超导磁体低温真空的特点及泄漏对真空的影响[A];中国真空学会质谱与检漏专委会第十届年会及中国计量测试学会真空校准专委会第五届年会论文(摘要)集[C];2001年

6 郑振耀;谈军;李洁;江德智;陈海波;陈忠;叶朝辉;;基于FPGA和以太网的超导磁体高精度室温匀场电源[A];第十六届全国波谱学学术会议论文摘要集[C];2010年

7 邓曙光;杨高;郑军;唐文彬;;“跑道型”高温超导磁体临界电流的计算[A];湖北省电工技术学会、武汉电工技术学会2008年学术年会暨理事会换届大会论文集[C];2008年

8 江德智;陈海波;李洁;郑振耀;陈忠;;基于以太网通信的超导磁体高精度室温匀场电源[A];第十六届全国波谱学学术会议论文摘要集[C];2010年

9 周又和;;ITER超导磁体设计与制备中的若干关键力学问题[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年

10 郑晓静;杨绪普;周又和;;聚变反应堆超导磁体电磁弹性动力稳定性的定量分析[A];计算力学研究与进展——中国力学学会青年工作委员会第三届学术年会论文集[C];1999年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 记者 汪永安;我国成功研制ITER大型超导磁体系统首个部件[N];安徽日报;2017年

2 记者 吴长锋;我成功研制ITER大型超导磁体系统首个部件[N];科技日报;2017年

3 叶华龙;我国成功研制ITER超导磁体系统首个部件[N];中国能源报;2017年

4 记者 陈强 通讯员 陈昕;太钢不锈钢助力ITER超导磁体系统[N];中国冶金报;2017年

5 记者 李大庆;中科院高能所超导磁体技术中心成立[N];科技日报;2010年

6 齐芳;我国已具备自行设计制造大型低温超导磁体能力[N];光明日报;2007年

7 本报记者 陶映荃;超导磁体技术国产产业化实现新突破[N];工人日报;2010年

8 记者 毛庆 通讯员 杜玮;海归博士造出超导磁体[N];南京日报;2010年

9 记者 张立;推动超导磁体技术发展[N];中国矿业报;2010年

10 记者 祁豆豆;1.5T超导磁体问世 辰光医疗突破进口替代[N];上海证券报;2015年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 梁羽;斜螺线管型超导磁体的研制[D];中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所);2018年

2 单新然;大型超导磁体环氧树脂基绝缘材料低温热学性能研究[D];天津大学;2017年

3 宋敏慧;40T混合磁体外超导磁体电源的控制器研究与设计[D];中国科学技术大学;2017年

4 刘宏伟;制冷机冷却的超导磁体的稳定性研究[D];中国科学院研究生院(电工研究所);2006年

5 汤洪明;BEPCⅡ SCQ、SSM 超导磁体系统低温工作特性研究[D];哈尔滨工业大学;2006年

6 白红宇;HT-7U超导托卡马克氦制冷系统热力学分析及设计研究[D];中国科学院研究生院(等离子体物理研究所);2002年

7 关明智;低温超导磁体复杂环境下的力磁行为实验研究[D];兰州大学;2012年

8 陈思明;40T混合磁体外超导磁体电源柔性无功补偿的研究与设计[D];中国科学技术大学;2017年

9 彭楠;ITER纵向场超导磁体系统降温过程热力学分析[D];中国科学院研究生院(理化技术研究所);2009年

10 闻程;超导发电机中超导磁体的设计及其实践[D];东南大学;2016年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 王阔;工业用超导磁体冷却系统静态与动态热分析[D];哈尔滨工业大学;2018年

2 张磊;单晶炉超导磁场电源设计[D];西安理工大学;2018年

3 张逍遥;ECRH超导磁体系统的监测与控制[D];中国科学技术大学;2018年

4 谢凯;新型复合树脂浸渍后的超导磁体力学分析与试验[D];北京交通大学;2017年

5 肖广大;基于超导磁体的快速换能系统研究[D];西南交通大学;2009年

6 周洪吉;MICE超导磁体冷却降温和失超过程的模拟研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

7 韩东;ADS注入器超导磁体降温过程研究[D];哈尔滨工业大学;2014年

8 龚康;考虑磁体热稳定性的超导磁储能系统控制研究[D];华中科技大学;2016年

9 左振宇;MgB_2超导磁体稳定性研究[D];中国科学院研究生院(电工研究所);2003年

10 孙铮;应用超导磁体电磁优化[D];华中科技大学;2007年



本文编号:2732624

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/projectlw/hkxlw/2732624.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户62d93***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com