[发明专利]一种应用于中子散射实验的分离超导磁体结构

说明书

本发明公开了一种应用于中子散射实验的分离超导磁体结构，包括有位于中心位置用于放置测试样品管竖向中空的测试腔，测试腔外的上下端分别设有两相互对应的上、下液氦密闭容器，上、下液氦密闭容器之间通过多个楔形块支撑隔开，上、下液氦密闭容器分别由氦槽内筒壁、氦槽外筒壁、线圈支撑板、盖板以及密封板组成，氦槽内筒壁、线圈支撑板、盖板组成的腔体内分别放置有超导线圈且通过螺杆连接为一体，其外端部通过氦槽外筒壁和密封板封装，所述线圈支撑板的端面上分别卡装有铝环，线圈支撑板之间还设有用于连通上、下液氦密闭容器的连通管。本发明的分离磁体结构简单、紧凑，安装、运行、维护方便，且对该类型磁体具有普遍通用性。

技术领域：

本发明属于超导电工技术领域，主要涉及一种应用于中子散射实验的分离超导磁体结构，适用于物性研究的中子强磁场散射实验，是一种该实验的一种必备工具。

背景技术：

强磁场作为一种极端条件，能有效地诱导自旋轨道有序，改变电子结构和原子分子间的相互作用，使之出现新的物质状态、新的物理化学现象与效应，在多学科研究领域起着越来越重要的作用。中子是弹性和非弹性散射实验探测材料磁结构及其动力学的理想工具，中子散射只有结合强磁场才能对材料在时间和空间上的磁关联做深入细致的研究，有助于解决物理、化学、生物、材料科学等研究领域的前沿热门问题，已为高温超导电性的微观起源，高温超导体的磁特性以及电子-晶格耦合特征，量子临界、自旋霍尔效应和重费米子等量子行为，电子、自旋等量子调控，以及d电子和f电子的磁有序、磁相变等磁行为的研究提供了大量科学实验依据。故中子实验原位外加磁场是探测磁有序材料新特性新现象必不可少的参数，且外加磁场必须与材料内部磁相互作用能量的量级相匹配，这就需要高达十几T甚至更高的强磁场环境。

中子散射磁体系统作为一种能够提供这样极端条件的强磁场样品环境，是凝聚态量子材料等磁性前沿研究的理想工具平台。这类磁体结构的特点是，磁体的线圈是上下对称的螺线管，提供强磁场下中子散射的样品空间，一般设计在磁体中心部位（因为有磁场均匀度要求），同时样品空间的竖直方向要求中空（假设磁体线圈螺线管中轴线垂直地面放置），以便插入放置真空样品管；水平方向上有大范围中子散射角度要求，意味着在样品空间周围的容许圆周角度上，不能有阻挡中子射入射出以及散射的结构存在，同时该散射范围还有上下张角要求。

总体来讲，磁体线圈的分布形式是上下对称结构，上下之间的中间部分，包含了样品空间、带有张角的中子入射/散射通道；中子入射/散射通道上，只有在水平散射角度之外（即暗角），才有可能是布置上下磁体支撑的范围。而通常情况下中子散射的范围要求比较大，暗角范围一般很小，而且在工作状态，上下磁体线圈会产生的巨大电磁吸引力。

目前，对于此类超导磁体设计，结构上的难点是如何在有限的空间内，保证样品空间的使用范围；且在巨大电磁力下，保证结构各部件变形量最小，且不产生屈服变形；同时结构上的设计将直接导致线圈的安装位置和磁场均匀度设计值的变化。散射范围越大，能够利用的支撑空间越小，又要承受巨大载荷，这是一对矛盾。结构设计是该类超导磁体设计成功与否的关键因素。

综上所述，应用于中子散射实验的超导磁体由于中子散射的特定要求，需要开发、设计一种新型的结构，以便满足实验的诸多需求。

发明内容：

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种应用于中子散射实验的分离超导磁体结构，一套切实可行的结构方案，满足中子散射实验磁体的各项技术要求，其结构简单、紧凑，安装、运行、维护方便，且对该类型磁体具有普遍通用性。

本发明是通过以下技术方案实现的：