[实用新型]一种超导腔用低温磁场补偿系统

说明书

本实用新型公开了一种超导腔用低温磁场补偿系统，包括磁屏蔽筒体和测试吊架，所述测试吊架用于连接超导腔，将所述超导腔固定在所述磁屏蔽筒体内；其特征在于，还包括一励磁系统；所述励磁系统用于安装在所述超导腔上，对地磁场和超导腔工装设备的剩磁进行抵消或补偿。本系统能够降低超导腔区域的环境磁场，并可以实现超导腔磁场环境的灵活设置，进行超导腔的性能提升实验研究。

技术领域

本实用新型涉及一种超导腔用低温磁场补偿系统，属于粒子加速器、超导低温技术领域。

背景技术

超导腔用低温磁场补偿系统是进行超导腔表面电阻特性研究的重要实验设备，其是一套由多种材料和设备构成的磁场屏蔽和补偿系统。其工作在2K(或4K)低温、高真空、辐射的恶劣环境中，主要作用是屏蔽地磁场，并对超导腔的环境磁场进行补偿，并可以设定产生不同强度的磁场开展超导腔电磁特性的实验研究。

为了更深入的探索研究物质的深层次结构，揭示自然界的奥秘和规律，并推动基础研究在技术领域的应用，超导加速器成为科学家们关注的焦点。超导加速器能够在很短的距离内将粒子加速到较高的能量，可以让这些高能粒子对撞进行高能物理研究，也可以利用粒子发出的射线进行生命物质、材料结构的分析研究。因此国内外多个大型的超导加速器项目也应运而生，如美国正在建造的直线加速器相干光源项目、上海硬X射线自由电子激光装置、多个国家计划联合建造的未来国际直线对撞机项目，以及由中科院高能所提出的未来环形对撞机等工程项目为了高的电子束能量，需要大量的超导腔。

由于超导腔的制造工艺复杂，配套低温设备等价格昂贵，运行成本高，因此需要进一步提高超导腔性能，减少超导腔的数量，降低超导加速器建造和运行的成本。超导腔性能的一个重要性能参数是超导腔的表面电阻，降低超导腔的表面电阻可以提升超导腔的Q₀值，减小低温损耗，超导腔也可以工作在更高的加速梯度下，从而达到降低成本的目的。影响超导腔表面电阻的一个重要因数是超导腔所处环境的磁场，由于超导腔进行超导转变时会发生磁通俘获，导致超导腔的表面电阻升高，并且超导腔性能受磁通俘获的影响情况也需要进一步的深入研究，因此需要一套应用于低温环境的磁场补偿系统来实时监测超导表面的磁场变化，能够调节超导腔的环境磁场，以便对超导腔特性实验的研究，并可以将环境磁场补偿至可以接受的安全限内保证超导腔的高Q₀性能不受外界磁场影响。

目前国内外通用的降低超导腔环境磁场的方法是通过高磁导率的材料加工成筒体，并安装在超导腔测试杜瓦内层和隔热真空层，如图1所示。

通用超导腔环境磁场抵消装置主要由内层磁屏蔽和外层磁屏蔽两部分组成。内层磁屏蔽安装在杜瓦的最内层，外层磁屏蔽安装在杜瓦液氦冷屏和最外层之间，超导腔安装在内层磁屏蔽的中心位置靠近底部。

此方案存在以下缺点和不足：

(1)对超导腔吊装区域地磁场的屏蔽抵消只能到10mGs左右，很难再降低，并且内层磁屏蔽筒体无顶盖，也会降低对地磁的屏蔽效果；

(2)无法对磁屏蔽内部超导腔工装部件的磁场进行屏蔽补偿；

(3)无法灵活设定和改变超导腔区域的环境磁场，对超导腔进行性能测试研究。

以上三点在一定程度上影响了超导腔的测试性能，不利于超导腔性能改进提升的实验研究，对高性能超导腔的发展应用和降低成本也造成一定影响。

实用新型内容

针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的在于提供一种超导腔用低温磁场补偿系统，进一步降低超导腔区域的环境磁场，并可以实现超导腔磁场环境的灵活设置，进行超导腔的性能提升实验研究。

本实用新型的技术方案为：