[發明專利]內插YBCO-Bitter型高溫超導線圈的超導磁體系統

有效

• 申請號: 200910080590.2
• 申請日: 2009-03-20
• 公開（公告）號: CN101577165A
• 公開（公告）日: 2009-11-11
• 發明（設計）人: 王秋良;胡新寧;戴銀明;嚴陸光
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H01F6/00
• 分類號: H01F6/00;H01F41/02
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司
• 代理人: 關 玲;賈玉忠

技術領域

本發明涉及一種高磁場超導磁體系統，特別涉及一種用于產生極高磁場的內插YBCO-Bitter型高溫超導線圈的超導磁體系統。

背景技術

高磁場超導磁體主要應用于工業和科學儀器等方面。通常使用NbTi和Nb₃Sn材料組合的超導磁體系統可以產生高磁場，當溫度為4K時最高磁場可以達到18T，降低線圈的運行溫度到2.2K時，磁體中心磁場達到21T。近年來，由于高電流密度的Nb₃Sn超導線材的研制成功，當線圈的運行溫度1.8K時，超導磁體可以提供的最大磁場達到22.3T。使用高溫超導線圈作為內插線圈，例如，Bi2223和Bi2212帶材制成內插線圈，可提供的最大磁場達到25T，使用YBCO(釔鋇銅氧化物)高溫超導涂層制成的內插線圈可使超導磁體的最大磁場達到26.8T。上述線圈結構由于使用帶材繞制，需通過電流引線和電源連接，因而有低溫熱負荷較大、磁場的穩定度較差。為了提高NbTi和Nb₃Sn組合形成的超導線圈的中心磁場，需要發展具有較高磁場穩定度的內插高溫超導線圈，以提高超導磁體的中心磁場可達到25T。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有內插高溫超導線圈的超導磁體低溫熱負荷較大，磁場的穩定度較差的不足，本發明提出一種內插YBCO-Bitter型高溫超導線圈的超導磁體系統，該系統不僅磁場高，而且低溫熱負荷小，磁場穩定。

本發明提出一種新型的內插高溫超導線圈，用YBCO高溫超導塊制成YBCO環狀片，多片YBCO環狀片疊加形成內插高溫超導線圈，在外磁場磁化條件下形成較高的俘獲磁場。由于線圈是由多片YBCO環狀片疊加組合而成，其結構與Bitter電阻磁體具有相同的結構，因此稱為內插YBCO-Bitter型高溫超導線圈。這種線圈是通過磁化具有較高上臨界磁場的YBCO超導塊俘獲磁通，因此不需要電流引線，可以減小磁體系統的漏熱，產生穩定的磁場。

本發明由內插YBCO-Bitter型高溫超導線圈、低溫容器、NbTi和Nb3Sn組成的外圍超導線圈、外圍超導線圈的低溫容器和外支撐結構組成。內插YBCO-Bitter型高溫超導線圈位于低溫容器中，低溫容器內充有液氦，高溫超導線圈周圍由液氦冷卻到4K運行溫度。YBCO環狀片嵌套在不銹鋼環內，每片YBCO環狀片之間設置鍍有氮化鋁薄膜的高純銅環片。多片YBCO環狀片和多片高純銅環片沿同一軸向疊加在一起，通過不銹鋼中心孔管和端部法蘭組裝在一起，用環氧樹脂浸泡后固化成整體，形成剛性很高的螺管形的內插YBCO-Bitter型高溫超導線圈。該線圈直接插在由NbTi和Nb3Sn組成的外圍超導線圈的內孔，形成NbTi、Nb3Sn和YBCO三種材料組成的高磁場超導磁體系統，該超導磁體系統中心磁場可以達到25T-30T。

本發明利用YBCO高溫超導體在4K時具有較高上臨界磁場和較高的俘獲磁場的特點。使用YBCO環狀片疊加，YBCO環狀片之間放置鍍有氮化鋁薄膜的高純銅環片，改善磁體的傳熱特性，形成較好的冷卻效果阻止YBCO環狀片失超，改善磁體運行的穩定性，從而產生所謂的YBCO-Bitter型線圈結構。本發明可以簡化內插超導線圈的超導磁體系統的結構和運行的操作程序，實現穩定運行的磁場，并且能夠減小系統運行的費用。

本發明為提高YBCO-Bitter型高溫超導線圈的俘獲磁場，將YBCO-Bitter型高溫超導線圈運行在4K的低溫環境之中，以提高內插超導線圈的運行電流密度和磁體抗磁熱干擾的能力。