[发明专利]超导磁体电路及磁体锻炼方法

说明书

技术领域

本发明涉及超导磁体领域，尤其涉及一种超导磁体电路及磁体锻炼方法。

背景技术

尽管制造磁体的技术一直在进步，但是励磁过程中的失超总是难以避免，磁体在励磁过程中所经历的失超主要有三个方面的因素：1)超导线圈在电磁力的作用下会发生相对移动，线圈间相对移动产生的摩擦热量传递到超导线致使超导线圈发生失超；2)用于固化超导线圈的树脂内部发生的开裂所带来的热量传递到超导线而引起的失超；3)超导线圈内部的发热源(比如匝与匝之间的短路接触点)所引起的超导线失超。而一台正常的超导磁体，基本上可以避免由后两种因素所带来的失超，唯独第一种很难避免。

失超会带来一系列的后果：1)使得部分绕组的温度急剧上升，引起机械裂纹甚至烧毁；2)使得绕组内部产生数千伏的电压差，引起线圈内部的绝缘层击穿；3)由于储存的能量基本上都在液氦罐内部释放，会瞬间蒸发大量的液氦，一方面造成液氦这种不可再生资源的损失，另一方面对于制冷容器和失超排气管路的抗压能力也提出了比较高的要求。目前，一方面通过安置失超保护电路来确保每次失超时失超区域能及时传播开，让整个磁体承受所有的失超能量；另一方面在将超导磁体投入正常使用前，对超导磁体进行多次锻炼。

对超导磁体进行多次锻炼是因为线圈移动摩擦生热所引发的失超有一个特点，即对于同一台磁体而言，下一次发生失超时超导线圈所受的电磁力总是会高于上一次发生失超时超导线圈所受的电磁力。利用超导磁体的这个特点，在将超导磁体投入正常使用前，对超导磁体进行多次锻炼，直至超导线圈所受的电磁力在达到超导磁体投入正常使用时超导线圈所受的电磁力的值之前均不会发生失超。在这种情况下，超导磁体在投入正常使用时，将不再经历失超。将对超导磁体进行锻炼时，超导线圈所受磁场力的最大值称为超导线圈所能承受的最大电磁力。在对超导磁体进行锻炼时，超导线圈所能承受的最大电磁力通常要高于超导磁体投入正常使用时超导线圈所受的电磁力。

图1是现有的超导磁体电路示意图。本领域技术人员知晓，在超导磁体电路中，主线圈组件和屏蔽线圈组件均可以包含多个线圈。为简便起见，此处仅以屏蔽线圈组件包含2个屏蔽线圈，主线圈组件包含3个主线圈为例对现有的超导磁体电路进行说明。图2和图3也是同理。

利用图1所示的电路对超导磁体进行锻炼，首先，打开并联于励磁电源两端的第一开关装置；随后，通过励磁电源提升回路电流至设定电流值，该设定电流值根据预设的超导线圈所能承受的最大电磁力计算得到。如果在回路电流到达设定电流值之前发生失超现象，那我们视为一次锻炼。一台正常的磁体经过一次或者数次锻炼失超后达到设定电流值，当然也有完全不失超的情况发生。

但是，上述技术还存在以下两个方面的不足，一是尽管在通常情况下，人们会设计尽量稳妥的失超保护电路，但也不能百分之百的保证重复的多次失超不会对磁体造成损坏，二是对超导磁体进行锻炼时，失超所释放的大量能量有可能对超导磁体造成损坏。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种超导磁体电路及磁体的锻炼方法，以减少对超导磁体进行锻炼时失超所释放的能量。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种超导磁体电路，包括：主线圈组件，由多个主线圈串联组成，用于产生主磁场；屏蔽线圈组件，由多个屏蔽线圈串联组成，所述屏蔽线圈组件产生的磁场与所述主磁场的磁场方向相反；励磁电源，与所述主线圈组件、屏蔽线圈组件串联连接，所述励磁电源的两端并联有第一开关装置；第二开关装置，并联于所述屏蔽线圈组件内的屏蔽线圈或屏蔽线圈组两端。

进一步地，所述屏蔽线圈组件内的全部屏蔽线圈为一个屏蔽线圈组，在该屏蔽线圈组两端并联有第二开关装置。

进一步地，所述屏蔽线圈组件内的各屏蔽线圈两端均并联有第二开关装置。

进一步地，所述第一开关装置和/或第二开关装置为超导开关。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种超导磁体的锻炼方法，包括以下步骤：

步骤1：断开并联于励磁电源两端的第一开关装置，闭合至少一个并联于屏蔽线圈或屏蔽线圈组两端的第二开关装置；

步骤2：通过励磁电源提升回路电流至设定电流值；

步骤3：在提升回路电流至设定电流值的过程中，判断超导磁体是否发生失超，若是，执行步骤4，若否，执行步骤5；

步骤4：降低所述励磁电源的电流直至为零，待系统恢复正常状态后，执行步骤1；

步骤5：降低所述励磁电源的电流直至为零，结束对超导磁体的锻炼。