[發明專利]一種產生旋轉磁場的超導磁體

有效

• 申請號: 201010123272.2
• 申請日: 2010-03-12
• 公開（公告）號: CN101794653A
• 公開（公告）日: 2010-08-04
• 發明（設計）人: 王秋良;胡新寧;戴銀明
• 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 11251
• 代理人: 關玲

技術領域

本發明涉及一種超導磁體，特別涉及一種產生旋轉磁場的高磁場超導磁體。

背景技術

旋轉磁場在材料生長和物理特性測定等方面具有重要的應用。目前高磁場超導磁體為特 殊晶體材料生長、磁光效應、金屬材料的物理特性改變、梯度材料的生長以及用于改變材料 的相關物理屬性等方面提供特定的背景磁場，能夠有效將磁場能量無接觸地傳遞給物質的分 子和原子。并且根據樣品大小的不同來改變磁場的旋轉幅度和空間范圍的大小。此外旋轉特 定方向的磁場也是研究量子器件特性的重要儀器。目前用于特種晶體結構生長的超導磁體主 要通過機械運動部件方法進行磁場旋轉幅度變化的調節，常規的永磁主要采用旋轉磁體的方 式，這種方法對于制作磁體本身的技術難度較小，但是磁場強度較低。采用鈮鈦(NbTi)和 鈮三錫(Nb₃Sn)超導體研制的超導磁體可以產生較高的磁場超導磁體，如果采用旋轉磁體的 方法，一方面磁體處于低溫容器內部，旋轉磁體使得低溫系統較為復雜。同時對于系統的運 行成本較高。目前工業和科學儀器使用的高磁場超導磁體系統的發展趨勢是結構簡單，系統 運行費用低廉和操作方便。

產生旋轉磁場的超導磁體應用在極端條件下多物理場共同作用于材料、磁光效應等物理 特性研究等場合，需要旋轉磁場不斷調節改變。這種超導磁體的電磁結構和普通磁體相比較 結構復雜，最顯著的特點是磁體具有一個連續可調的高磁場。在空間產生旋轉磁場的高磁場 超導磁體能夠用于材料生長和材料物理特性研究，應用在科學儀器以及極端條件研究的科學 裝置中。

發明內容

本發明的目的是克服現有的旋轉超導磁體結構復雜的缺點，提出一種新的可提供任意速 度旋轉磁場的超導磁體。本發明的超導磁體系統結構簡單，具有運行費用低廉和方便的優點。

根據磁場強度大小和磁場可利用的均勻區范圍，本發明提出三種產生旋轉磁場超導磁體 結構。

方案一：

本發明超導磁體產生較低的磁場例如5～6T的中心磁場時，所述的超導磁體包括x軸方 向Helmholtz線圈對、y軸方向Helmholtz線圈對和z軸方向Helmholtz線圈對。x軸方向 Helmholtz線圈對通過串聯供電提供x方向的磁場，y軸方向Helmholtz線圈對通過串聯供 電提供y方向的磁場，z軸方向Helmholtz線圈對通過串聯供提供z方向的磁場。x軸方向 Helmholtz線圈對布置于x軸上，y軸方向Helmholtz線圈對布置于y軸上，z軸方向Helmholtz 線圈對布置于z軸上。x軸、y軸和z軸在空間上相互垂直相交于原點。x軸方向Helmholtz 線圈對、y軸方向Helmholtz線圈對和z軸方向Helmholtz線圈對使用鈮鈦超導細絲線材制 成。三對線圈對分別單獨供電，通過計算機控制線圈的電流Ix，Iy和Iz的幅值和電流的方 向可以在中心取得所需要的旋轉磁場。構成超導磁體的超導線圈采用NbTi超導細絲線材， 超導線圈使用液氦浸泡冷卻。

方案二：

對于高磁場小均勻區旋轉磁場，本發明超導磁體在方案一三對Helmholtz線圈的基礎上， 增加一個z軸方向超導主線圈。主線圈提供較高的背景磁場，其它三對Helmholtz線圈提供 在空間可以變化的磁場。以一定的時序電流變化來改變磁場方向的空間取向和磁場的強度的 幅值大小。z軸方向超導主線圈產生恒定的背景磁場。z軸上布置z軸方向超導主線圈，在z 軸超導主線圈的外部沿z軸布置z軸方向Helmholtz線圈對。x軸方向Helmholtz線圈對布 置于x軸上，y軸方向Helmholtz線圈對布置于y軸上。x軸、y軸和z軸在空間上相互垂直 相交于原點。通過改變所述的三對Helmholtz線圈的電流可以在空間獲得三維方向可調的旋 轉磁場。產生的中心磁場高于10T，z軸方向超導主線圈采用NbTi和Nb₃Sn線圈的組合，其 它三對Helmholtz線圈使用NbTi超導線。

方案三：