强场Nb 3 Sn-NbTi混合型超导聚焦螺线管的研制

发布时间：2021-12-28 22:53

　　强流重离子加速器装置HIAF（High Intensity Heavy-Ion Accelerator Facility）是中国科学院近代物理研究所提出的国家“十二五”重大科技基础设施。HIAF的注入器采用的是超导离子直线加速器iLinac（Super-conducting Ion Linac）,主要作用是为BRing（Booster Ring）提供H2+和各种离子束的注入束流。其中直线主加速段采用的是超导腔-超导螺线管-超导腔的结构,由于直线物理要求及空间尺寸的限制,在满足积分场与漏场要求的前提下,需要提高中心磁场强度来尽量缩短螺线管长度,进而减小低温恒温器的长度。本文介绍了为HIAF直线注入器预研的强场超导聚焦螺线管样机的设计与制造。为了提高磁场,并且尽量降低成本,确定了Nb₃Sn-NbTi混合型超导磁体的方案,该磁体由Nb₃Sn主线圈、NbTi主线圈以及两个NbTi屏蔽线圈组成。设计过程中,首先利用全局粒子群算法和局部SLSQP算法,采用Python编写了超导聚焦螺线管的优化设计程序对线圈进行了电磁优化设计;然后通过ANSYS对磁体及骨... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)甘肃省

【文章页数】：63 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
第一章 引言
    1.1 研究背景
        1.1.1 项目背景
        1.1.2 Nb_3Sn线材背景
    1.2 课题研究意义与主要内容
第二章 设计理论基础
    2.1 电磁场基本理论
        2.1.1 电荷守恒定律
        2.1.2 电磁场边界关系
    2.2 螺线管线圈的磁场分布
        2.2.1 螺线管线圈平均电流密度
        2.2.2 圆环电流丝的磁感应强度
    2.3 A15型化合物铌三锡超导线材
        2.3.1 青铜法(Bronze process)
        2.3.2 内锡法（Internal tin process）
    2.4 电磁场逆问题及优化理论
    2.5 优化算法
        2.5.1 扩展拉格朗日乘子粒子群算法
        2.5.2 序列二次规划算法
第三章 磁场设计
    3.1 螺线管尺寸优化流程
    3.2 线圈尺寸优化
第四章 超导螺线管磁体应力分析及结构设计
    4.1 线圈应力分析
    4.2 磁体整体应力分析
第五章 失超模拟及分析
    5.1 失超计算及结果分析
    5.2 失超保护方案
第六章 磁体结构设计及线圈绕制加工
    6.1 磁体结构设计
    6.2 线圈绕制及加工
        6.2.1 Nb_3Sn线圈的绕制及热处理
        6.2.2 NbTi线圈的绕制
        6.2.3 线圈固化以及装配
第七章 磁体测试
    7.1 磁体测试前准备
    7.2 测试结果及讨论
第八章 结论与展望
    8.1 总结
    8.2 后续工作及展望
参考文献
作者简介及在学期间发表的学术论文


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ANSYS的超导磁体机械结构的应力应变分析[J]. 李喜梅,戴银明,王厚生,王秋良.  低温与超导. 2011(02)
[2]The optimal design of a 7 T highly homogeneous superconducting magnet for a Penning trap[J]. 吴巍,何源,马力祯,黄文学,夏佳文.  中国物理C. 2010(07)
[3]扩展拉格朗日乘子粒子群算法解决工程优化问题[J]. 于颖,於孝春,李永生.  机械工程学报. 2009(12)
[4]磁体用Nb3Sn超导体研究进展[J]. 梁明,张平祥,卢亚锋,李金山,李成山,唐先德.  材料导报. 2006(12)
[5]11T超导强磁体的研制[J]. 于鲲,赵玉英,孟庆惠,韩士吉,韩翠英,崔长庚.  低温物理. 1980(04)



本文编号：3554887