基于二代高温超导带材的波荡器磁体研制及失超研究
发布时间：2021-12-19 19:29
波荡器如今已成为加速器光源的关键设备之一,虽然传统的永磁类波荡器甚至低温超导波荡器技术已经较为成熟,但其受限于永磁体或低温超导体的性能影响,峰值磁场已经接近上限。二代高温超导体相比于低温超导体具有更高的临界特性,因此将二代高温超导体应用于波荡器可以得到更高的峰值磁场。本文对两种结构类型的基于二代高温超导带材的波荡器（二代高温超导波荡器）磁体进行了设计和试制,对“垂直跑道型”波荡器磁体线圈的失超行为进行了数值仿真和实验研究。本文首先对高温超导磁体研制的关键工艺之一的超导带材接头制作进行了工艺探索,为制作带有接头的高温超导波荡器磁体提供了可能性。随后设计与绕制了三周期“垂直跑道型”二代高温超导波荡器磁体样机,并对磁体样机进行了励磁测试,建立了高温超导波荡器的等效电路分析模型,将分析结果和实验结果进行了对比,验证了数值模型的合理性。本文首次设计了“水平跑道型”高温超导波荡器磁体结构,对该类型波荡器磁体进行了磁场优化计算,从带材宽度、磁极厚度、运行温度和磁极间隙几个方面来分析该类型波荡器磁体的磁场特性。为“水平跑道型”高温超导波荡器磁体设计了连续绕线的方案,对该方案中的主要问题之一的超导带材弯...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)上海市
【文章页数】：116 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
电子储存环中插入件位置示意图[12]
第1章绪论3过周期性磁场时来回摆动的幅度很大，所发出的同步辐射光是每个单独的磁极发出的光的不相干叠加，扭摆器辐射示意图如图1.2(a)所示。因此，相对于相同磁场的弯铁，扭摆器光谱的光通量更高。而波荡器中电子束通过周期性磁场时来回摆动的幅度很小，电子束的角偏移量约为同步辐射的自然发射角，波荡器辐射示意图如图1.2(b)所示。波荡器每个周期的磁极发出的同步辐射光在特定频率下会相干叠加，这种频率的光的通量密度相比相同磁场的弯铁提升了N2倍（其中N为波荡器的周期数），而波荡器辐射的发射角为弯铁的N1/2。图1.2(c)为弯铁，扭摆器和波荡器发出的不同能量光子的亮度分布。图1.2(a)为扭摆器辐射示意图，(b)为波荡器辐射示意图[12]，(c)为弯铁，扭摆器和波荡器发出的不同能量光子的亮度分布图[13]插入件通常也根据用于产生磁场的不同技术进行分类，包括在常温下使用的电磁铁、低温下使用的超导磁体以及常温或低温永磁体。在室温下，插入件通常使用永磁铁和电磁铁，永磁铁的最大剩磁一般小于1.5T，而电磁铁虽然是一种经济的选择，但其线圈发热需要水冷降温，限制了其电流密度的增大，所以产生的磁场较小[12]。另外，低温永磁体相对于常温永磁体的剩磁更高，例如低温永磁波荡器的峰值磁场就比常温永磁波荡器要高约20%[14]，但如果需要达到更高的磁场，则需要使用超导磁体。至今为止，超导插入件包括超导扭摆器和超导波荡器已经被用于许多同步辐射光源。
第1章绪论7或液氦温度以下的环境运行下，这使得低温系统的维护和运行的成本非常高。在1986年，Muler和Bednorz首次发现铜氧化物La2-xBaxCuO4存在超导性[62]，这一革命性的发现标志着铜氧化物高温超导体时代的到来。随后，临界温度超过90K的YBa2Cu3O7超导体的发现把超导体的工作温度推向了液氮温区。如图1.3是发现的超导体年份与临界温度的关系图，从图中可以看到，在1987年之后的非常短的时间内，许多新的高温超导体材料不断地被探索发现。图1.3超导体发现的年份与临界温度的关系图[63]到目前为止，尽管有许多超导材料被发现并且其中也有一些高温超导材料的临界温度非常高，但是出于对性能，实用性和经济性方面的考虑，现在实现商用的超导材料除了有NbTi线材和Nb3Sn线材等低温超导线材之外，还有一些高温超导材料如(Bi,Pb)2Sr2Ca2Cu3Ox(Bi2223)线材、Bi2Sr2CaCu3Ox(Bi2212)带材、REBa2Cu3CO7-x(REBCO，RE代表Y、Gd、Sm、Eu、Dy、Ho等稀土元素)带材和MgB2线材也已经处于商用阶段[64]。图1.4是各类常用的超导材料的外加磁场与临界电流密度的关系。在常用的高温超导体中，Bi2212线材和Bi2223带材一般被称为第一代高温超导体，REBCO涂层导体带材一般被称为第二代高温超导体。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于第二代高温超导带材的磁体研究进展与挑战[J]. 阎伟华,蔡传兵,周迪帆. 物理. 2019(11)
[2]强磁场用第二代高温超导带材研究进展与挑战[J]. 蔡传兵,池长鑫,李敏娟,刘志勇,鲁玉明,郭艳群,白传易,陆齐,豆文芝. 科学通报. 2019(08)
[3]二代高温超导材料的应用技术与发展综述[J]. 金之俭,洪智勇,赵跃,李柱永,黄振,吴蔚,张智巍,李小汾,姚林朋,盛杰. 上海交通大学学报. 2018(10)
[4]上海硬X射线自由电子激光装置正式开工建设[J]. 核技术. 2018(05)
[5]高温超导涂层带材接头工艺研究进展[J]. 张涵,马光同,李兴田,龚天勇. 低温与超导. 2016(04)
[6]上海光源超导波荡器磁体5周期模型机的研制[J]. 丁祎,许皆平,崔剑,张伟,王宏飞,席瑞成,殷立新. 低温与超导. 2016(01)
[7]高温超导带材接头焊接技术研究[J]. 瞿青云,刘华军,陈敬林,武玉,陈环宇. 低温物理学报. 2014(04)
[8]同步辐射装置——上海光源及其应用[J]. 马礼敦. 理化检验(物理分册). 2009(11)
[9]高温超导涂层导体——RE123双轴织构技术及其发展状态[J]. 蔡传兵,潘成远,刘志勇,鲁玉明,时东陆. 物理学进展. 2007(04)
博士论文
[1]小周期永磁型错列波荡器研究[D]. 闫陇刚.中国工程物理研究院 2019
[2]高温超导带材临界电流不均匀性及其对失超传播特性的影响研究[D]. 朱运鹏.西南交通大学 2016
本文编号：3544936
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)上海市
【文章页数】：116 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
电子储存环中插入件位置示意图[12]
第1章绪论3过周期性磁场时来回摆动的幅度很大，所发出的同步辐射光是每个单独的磁极发出的光的不相干叠加，扭摆器辐射示意图如图1.2(a)所示。因此，相对于相同磁场的弯铁，扭摆器光谱的光通量更高。而波荡器中电子束通过周期性磁场时来回摆动的幅度很小，电子束的角偏移量约为同步辐射的自然发射角，波荡器辐射示意图如图1.2(b)所示。波荡器每个周期的磁极发出的同步辐射光在特定频率下会相干叠加，这种频率的光的通量密度相比相同磁场的弯铁提升了N2倍（其中N为波荡器的周期数），而波荡器辐射的发射角为弯铁的N1/2。图1.2(c)为弯铁，扭摆器和波荡器发出的不同能量光子的亮度分布。图1.2(a)为扭摆器辐射示意图，(b)为波荡器辐射示意图[12]，(c)为弯铁，扭摆器和波荡器发出的不同能量光子的亮度分布图[13]插入件通常也根据用于产生磁场的不同技术进行分类，包括在常温下使用的电磁铁、低温下使用的超导磁体以及常温或低温永磁体。在室温下，插入件通常使用永磁铁和电磁铁，永磁铁的最大剩磁一般小于1.5T，而电磁铁虽然是一种经济的选择，但其线圈发热需要水冷降温，限制了其电流密度的增大，所以产生的磁场较小[12]。另外，低温永磁体相对于常温永磁体的剩磁更高，例如低温永磁波荡器的峰值磁场就比常温永磁波荡器要高约20%[14]，但如果需要达到更高的磁场，则需要使用超导磁体。至今为止，超导插入件包括超导扭摆器和超导波荡器已经被用于许多同步辐射光源。
第1章绪论7或液氦温度以下的环境运行下，这使得低温系统的维护和运行的成本非常高。在1986年，Muler和Bednorz首次发现铜氧化物La2-xBaxCuO4存在超导性[62]，这一革命性的发现标志着铜氧化物高温超导体时代的到来。随后，临界温度超过90K的YBa2Cu3O7超导体的发现把超导体的工作温度推向了液氮温区。如图1.3是发现的超导体年份与临界温度的关系图，从图中可以看到，在1987年之后的非常短的时间内，许多新的高温超导体材料不断地被探索发现。图1.3超导体发现的年份与临界温度的关系图[63]到目前为止，尽管有许多超导材料被发现并且其中也有一些高温超导材料的临界温度非常高，但是出于对性能，实用性和经济性方面的考虑，现在实现商用的超导材料除了有NbTi线材和Nb3Sn线材等低温超导线材之外，还有一些高温超导材料如(Bi,Pb)2Sr2Ca2Cu3Ox(Bi2223)线材、Bi2Sr2CaCu3Ox(Bi2212)带材、REBa2Cu3CO7-x(REBCO，RE代表Y、Gd、Sm、Eu、Dy、Ho等稀土元素)带材和MgB2线材也已经处于商用阶段[64]。图1.4是各类常用的超导材料的外加磁场与临界电流密度的关系。在常用的高温超导体中，Bi2212线材和Bi2223带材一般被称为第一代高温超导体，REBCO涂层导体带材一般被称为第二代高温超导体。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于第二代高温超导带材的磁体研究进展与挑战[J]. 阎伟华,蔡传兵,周迪帆. 物理. 2019(11)
[2]强磁场用第二代高温超导带材研究进展与挑战[J]. 蔡传兵,池长鑫,李敏娟,刘志勇,鲁玉明,郭艳群,白传易,陆齐,豆文芝. 科学通报. 2019(08)
[3]二代高温超导材料的应用技术与发展综述[J]. 金之俭,洪智勇,赵跃,李柱永,黄振,吴蔚,张智巍,李小汾,姚林朋,盛杰. 上海交通大学学报. 2018(10)
[4]上海硬X射线自由电子激光装置正式开工建设[J]. 核技术. 2018(05)
[5]高温超导涂层带材接头工艺研究进展[J]. 张涵,马光同,李兴田,龚天勇. 低温与超导. 2016(04)
[6]上海光源超导波荡器磁体5周期模型机的研制[J]. 丁祎,许皆平,崔剑,张伟,王宏飞,席瑞成,殷立新. 低温与超导. 2016(01)
[7]高温超导带材接头焊接技术研究[J]. 瞿青云,刘华军,陈敬林,武玉,陈环宇. 低温物理学报. 2014(04)
[8]同步辐射装置——上海光源及其应用[J]. 马礼敦. 理化检验(物理分册). 2009(11)
[9]高温超导涂层导体——RE123双轴织构技术及其发展状态[J]. 蔡传兵,潘成远,刘志勇,鲁玉明,时东陆. 物理学进展. 2007(04)
博士论文
[1]小周期永磁型错列波荡器研究[D]. 闫陇刚.中国工程物理研究院 2019
[2]高温超导带材临界电流不均匀性及其对失超传播特性的影响研究[D]. 朱运鹏.西南交通大学 2016
本文编号：3544936
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hkxlw/3544936.html
