[发明专利]一种基于磁通泵励磁的超导圆形环片磁体、制备方法及其应用

说明书

本发明涉及了一种基于磁通泵励磁的超导圆形环片磁体、制备方法及其应用。该超导圆形环片磁体主要由交替堆叠的圆形超导环片和绝缘片组成，堆叠后经固定装置固定形成。为了便于励磁，在超导环片边上加上半径为R3的半圆形突起，将其置于液氮液面上，在半圆形突起两端放置C字型铁芯励磁，通过脉冲电源供电，通过外加磁场周期性的变化，超导圆形环片回路中的感应电流持续积累增大，产生超导强磁场。本发明超导圆形环片磁体中各个超导环片之间无需焊接、无需电源和电流引线，具有结构紧凑、可拆卸、稳定性高、制备工艺简单的优点，能稳定输出磁场，能够实现超导磁体的闭环运行。

技术领域

本发明属于超导磁体应用领域，特别提出一种基于磁通泵励磁的超导圆形环片磁体、制备方法及其应用。

背景技术

超导磁体技术具有许多常规导体不可比拟的优点，如无能量消耗，可以在大空间产生强磁场，体积小，重量轻等。在一些大型科学工程中，如高能加速器，受控核聚变实验装置等，已有超导磁体运行的实例。早期加速器通常采用常规电磁铁来产生主导磁场，它不仅体积庞大，而且耗电大，与之相比采用超导磁体后，磁场可以提高数倍。

目前所使用的超导材料多为REBCO超导带材，超导磁体的制作通常是将超导带材绕制成螺管式或者双饼式。对超导磁体施加励磁电流的方式主要有两种，分别为电流驱动和电磁感应两种形式。当超导磁体采用处于常温的电源来励磁，用电流引线连接电源和超导体，电流引线两端分别处于低温和室温环境，会有大量的热量传入超导低温容器(热桥效应)；同时由于存在电流引线电阻以及电流引线和超导线之间的焊接电阻，在通电时会产生焦耳热，损耗功率，提高冷却成本。当超导磁体采用磁场感应方式进行励磁，利用电磁感应原理及超导磁体的超导态和正常态转换来实现，为磁通泵法。磁通泵法的一个最大优点是能利用小电流输入为大电流超导磁体供电励磁，产生强磁场。

针对上述问题，并进一步提高磁通泵的使用效率，本发明提供一种超导环片制成圆环模型，将定位孔放置在内圆上，该定位孔用于磁体制作时放置定位杆，由超导圆形环片和绝缘片交互堆叠构成，省去了绕制环节；采用磁通泵励磁技术，无需焊接，无需电源和电流引线，可以实现无阻闭环运行；半圆形突起位于液氮液面上方，当C字型铁芯产生的磁场超过半圆形突起区域的临界磁场，会在半圆形突起中产生穿透磁通，减小C字型铁芯的磁场，会在半圆形突起产生净穿透磁通，从而对超导磁体进行励磁。

发明内容

本发明一方面提供一种基于磁通泵励磁的超导圆形环片磁体，其特征在于，所述超导磁体主要是由绝缘片与REBCO超导圆形环片交互堆叠交替叠加形成，上下加法兰片，通过拉杆螺栓固定。

其中，所述REBCO超导圆形环片超导环片主要由保护层，REBCO薄层，保护层，缓冲层和衬底组成。

其中，所述REBCO超导圆形环片具有半径为R1的内圆，半径为R2的外圆，所述外圆部分预留出半径为R3的半圆形突起作为励磁部分。

其中，内圆半径R1为3mm，外圆半径R2为6mm，半圆形突起的半径R3远远小于内圆的半径R1。

其中，所述保护层选自银薄膜保护层或铜薄膜保护层，所述缓冲层为有绝缘特性的金属氧化物，所述衬底材料为不锈钢或哈氏合金。

其中，所述绝缘片选自PPLP绝缘材料、有机绝缘薄膜、牛皮纸或环氧薄片。

其中，所述绝缘片与所述REBCO超导圆形环片的截面尺寸相同。

本发明的另一方面提供一种制备上述结构超导圆形环片磁体的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：REBCO超导圆形环片制备，制备半径为R1的内圆部分，在所述内圆外轮廓上添加半径为R2的外圆部分，在所述外圆部分预留出半径为R3的半圆形突起作为励磁部分，并在超导层上镀上保护层；

S2：绝缘片制备，制备与所述REBCO超导圆形环片截面尺寸相同的绝缘片；