超导波荡器冷却和冷质量支撑系统的研究
发布时间：2023-04-23 13:59
波荡器是第三代同步辐射装置和自由电子激光装置中用于产生同步辐射光的核心部件。超导波荡器(Superconducting Undulator,简称SCU)磁体采用超导材料(如低温超导材料Nb Ti或Nb3Sn,或者高温超导材料YBCO)绕制,在相同的磁间隙和磁周期下,同常规真空内波荡器和低温永磁波荡器相比,可产生更高的磁场,从而光源或自由电子激光装置在有限的安装空间内可获得更高的亮度和光子能量,为用户提供更高质量的束流,提升其综合科研能力。超导波荡器技术是当前国际波荡器领域研究的热点和下一代插入件的主要发展方向之一。目前,超导波荡器仍处于关键技术的研究探索和样机的试制及测试阶段。因此,研究并掌握SCU的关键核心技术,自主研发SCU,不仅对于我国在光源及自由电子激光等领域中关键技术的国内科技自主创新与国际领先具有重要的科技意义,并且对于推动我国自主建设此类大科学研究装置具有重要的工程实用价值。本论文以中科院上海应用物理研究所自主研制的SCU模型机为研究对象,围绕低温超导波荡器的低温冷却技术和冷质量支撑及准直技术开展了一系列研究工作。论文对SCU及其冷却技术和冷质量支撑及准直技术的国内外研究...
【文章页数】：168 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景
1.1.1 第三代同步辐射光源和自由电子激光装置
1.1.2 插入件的发展及应用现状
1.1.3 超导波荡器技术及研究现状
1.2 超导波荡器的关键技术及研究现状
1.2.1 超导波荡器冷却技术
1.2.2 超导波荡器冷质量支撑技术
1.3 本课题研究内容和意义
1.4 本章小结
第2章 超导波荡器的冷却设计及分析
2.1 SCU冷却方案
2.1.1 SCU模型机的主要技术要求
2.1.2 SCU模型机的总体冷却方案
2.2 SCU超导磁体及其冷却结构
2.3 SCU束流管及其冷却结构
2.4 二元电流引线及其冷却结构
2.5 SCU冷屏及其及其冷却结构
2.6 SCU的热负载及理论分析
2.6.1 SCU热负载的主要来源和理论分析模型
2.6.2 SCU热负载的影响因素分析
2.6.3 SCU模型机的总热负载
2.7 本章小结
第3章 超导波荡器的冷却实验测试
3.1 磁体的冷却结构
3.1.1 磁体的骨架及冷却结构
3.1.2 磁体冷却管路与骨架的焊接工艺实验测试
3.1.3 磁体骨架的冷却性能测试
3.2 SCU模型机的冷却测试
3.2.1 SCU模型机低温测试平台
3.2.2 降温冷却测试
3.2.3 液氦积液测试
3.2.4 冷却系统运行稳定性测试
3.2.5 二元电流引线加载测试
3.3 本章小结
第4章 SCU冷质量支撑系统的设计及热力分析
4.1 超导磁体支撑
4.1.1 磁体支撑总体结构
4.1.2 磁体支撑拉带组件
4.1.3 磁体支撑低温端结构
4.1.4 磁体支撑常温端可调节机构
4.1.5 超导磁体支撑的应力分析
4.2 冷屏支撑
4.2.1 冷屏支撑方案
4.2.2 冷屏支撑的应力及变形分析
4.3 束流管支撑
4.3.1 束流管支撑方案
4.3.2 束流管的形变分析
4.4 冷质量支撑材料的选择
4.5 本章小结
第5章 SCU超导磁体自对心式支撑的理论分析与实验测试
5.1 自对心式支撑的理论分析
5.1.1 自对心式支撑理论分析思路
5.1.2 自对心式支撑理论建模与求解
5.1.3 自对心式支撑的结构偏心对自对心性的影响
5.1.4 理论模型的误差分析
5.2 自对心式支撑的实验验证
5.2.1 自对心性能实验测试平台
5.2.2 自对心性能实验验证
5.2.3 偏心对自对心性影响的实验验证
5.3 自对心式支撑的稳定性测试
5.3.1 振动测试原理及实验平台
5.3.2 振动测试实验及结果
5.4 本章小结
第6章 总结
6.1 本文总结
6.2 创新之处
6.3 工作展望
参考文献
个人简历、在学期间发表的论文及研究成果
致谢
本文编号：3799849
【文章页数】：168 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景
1.1.1 第三代同步辐射光源和自由电子激光装置
1.1.2 插入件的发展及应用现状
1.1.3 超导波荡器技术及研究现状
1.2 超导波荡器的关键技术及研究现状
1.2.1 超导波荡器冷却技术
1.2.2 超导波荡器冷质量支撑技术
1.3 本课题研究内容和意义
1.4 本章小结
第2章 超导波荡器的冷却设计及分析
2.1 SCU冷却方案
2.1.1 SCU模型机的主要技术要求
2.1.2 SCU模型机的总体冷却方案
2.2 SCU超导磁体及其冷却结构
2.3 SCU束流管及其冷却结构
2.4 二元电流引线及其冷却结构
2.5 SCU冷屏及其及其冷却结构
2.6 SCU的热负载及理论分析
2.6.1 SCU热负载的主要来源和理论分析模型
2.6.2 SCU热负载的影响因素分析
2.6.3 SCU模型机的总热负载
2.7 本章小结
第3章 超导波荡器的冷却实验测试
3.1 磁体的冷却结构
3.1.1 磁体的骨架及冷却结构
3.1.2 磁体冷却管路与骨架的焊接工艺实验测试
3.1.3 磁体骨架的冷却性能测试
3.2 SCU模型机的冷却测试
3.2.1 SCU模型机低温测试平台
3.2.2 降温冷却测试
3.2.3 液氦积液测试
3.2.4 冷却系统运行稳定性测试
3.2.5 二元电流引线加载测试
3.3 本章小结
第4章 SCU冷质量支撑系统的设计及热力分析
4.1 超导磁体支撑
4.1.1 磁体支撑总体结构
4.1.2 磁体支撑拉带组件
4.1.3 磁体支撑低温端结构
4.1.4 磁体支撑常温端可调节机构
4.1.5 超导磁体支撑的应力分析
4.2 冷屏支撑
4.2.1 冷屏支撑方案
4.2.2 冷屏支撑的应力及变形分析
4.3 束流管支撑
4.3.1 束流管支撑方案
4.3.2 束流管的形变分析
4.4 冷质量支撑材料的选择
4.5 本章小结
第5章 SCU超导磁体自对心式支撑的理论分析与实验测试
5.1 自对心式支撑的理论分析
5.1.1 自对心式支撑理论分析思路
5.1.2 自对心式支撑理论建模与求解
5.1.3 自对心式支撑的结构偏心对自对心性的影响
5.1.4 理论模型的误差分析
5.2 自对心式支撑的实验验证
5.2.1 自对心性能实验测试平台
5.2.2 自对心性能实验验证
5.2.3 偏心对自对心性影响的实验验证
5.3 自对心式支撑的稳定性测试
5.3.1 振动测试原理及实验平台
5.3.2 振动测试实验及结果
5.4 本章小结
第6章 总结
6.1 本文总结
6.2 创新之处
6.3 工作展望
参考文献
个人简历、在学期间发表的论文及研究成果
致谢
本文编号：3799849
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