[发明专利]稳定磁场的超高场磁体

说明书

本发明公开了稳定磁场的超高场磁体，包括磁场支撑筒体以及套在其外侧的高温超导线圈，高温超导线圈由若干个环状线圈单元排列套在磁场支撑筒体的外侧；磁场支撑筒体位于若干个环状线圈单元的两端部分别设有左限位法兰和右限位法兰；左限位法兰和右限位法兰与若干个环状线圈单元的端部之间分别设有一个环形的预加压元件；每一个预加压元件由第一压环和第二压环，以及其间夹紧的，沿圆周均匀分布的若干个被压缩的碟形弹性片制成。本发明的超高场磁体将高磁场区的高温超导线圈由若干个环状线圈单元组装在一个同轴的磁场支撑筒体结构中，并在若干个环状线圈单元的两端设置预加压元件施加压力，消除了超高场区由于降温收缩引起的线圈单元之间出现的松动现象，保证了超导场磁体的稳定性和磁场的对称性和均匀性。

技术领域

本发明涉及超导磁体技术领域，特别是涉及稳定磁场的超高场磁体。

背景技术

超导磁体是在超导线圈里维持持续的电流来产生磁场的。目前的超导磁体的磁场线圈是由低温的超导线绕制而成。以闭环方式工作的磁体，在励磁电源加载电流（励磁过程）以后，关闭磁体里的超导开关，形成一个没有电阻的纯超导闭环电路，电流可以在包括磁场线圈在内的超导闭环电路里，长时间持续稳定地流动，从而维持一个非常稳定的磁场。在工业中最长见的磁体的超导线是铌钛（NbTi）合金材料，其具有很高的临界电流密度和临界磁场。但是，随着磁场强度的上升，铌钛超导线的临界电流密度就会下降，当磁场达到10特斯拉左右，临界电流密度会降为零，不能用来产生磁场。所以，铌钛超导线不在适合产生10特斯拉以上的磁场。

螺线管型电磁铁的磁场主要集中在螺线管的内部。所以靠近磁体中心区域的超导线更加容易达到临界条件，对于大型的磁体，可以将磁体分区选择超导线，以达到更大的经济效益。本磁体的超导线圈由两部分线圈构成，即外部线圈和内部线圈。外部线圈具有比较大的半径，处于磁体的低磁场区域，这部分超导线圈采用铌钛超导线材。内部线圈处于外部线圈的中心部位，是在磁体的高磁场区域，在这里铌钛超导线材的临界电流已经到达或接近零，必须采用其他材料。铌三锡（Nb3Sn）、铌三铝（Nb3Al）等合金和高温超导（HTS）线材是可选项。铌三锡等材料的临界磁场超过20特斯拉，高温超导的临界磁场可以更高。

但是由于高温超导线材价格比较昂贵，而且机械性能不及低温超导线材，如铌钛超导线，所以其线圈一般绕制成相对独立的碟状线圈单元，但是相对独立的叠状线圈单元在安装应用之后，由于降温收缩引起的碟状线圈单元之间出现的松动现象，会造成不必要的失超现象，影响超导场磁体的使用。因为在磁体线圈上任何的机械不稳定性不是不允许的，因为线圈的任何局部移动都会诱发不必要的失超，进而形象超导效果。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种超高场磁体，其中高磁场区的高温超导线圈由若干个碟状线圈单元组装在一个同轴的磁场支撑筒体结构中，并在若干个碟状线圈单元的两端设置有预加压元件施加压力，将它们紧密地固定在一起。从而实现消除由于降温收缩引起的碟状线圈单元之间出现的松动现象。最终避免了失超和磁场畸变的产生，得到超高磁场强度且稳定的磁场。

本发明所采用的技术方案是：稳定磁场的超高场磁体，包括磁场支撑筒体以及套在磁场支撑筒体外侧的高温超导线圈，

高温超导线圈，由若干个环状线圈单元排列而成，套在磁场支撑筒体的外侧；

每个环状线圈单元，由一对高温超导线盘组成，每个高温超导线盘设有多层超导线圈，每层超导线圈由一圈高温超导带状线材绕制而成；

磁场支撑筒体，位于若干个环状线圈单元的两端部分别设有左限位法兰和右限位法兰；

左限位法兰和右限位法兰，与若干个环状线圈单元的端部之间分别设有一个预加压元件；

每一个所述预加压元件，由第一压环和第二压环，以及其间被夹紧的若干碟形弹性片制成。

优选地，左限位法兰和右限位法兰，与若干个环状线圈单元的端部之间分别设有一个预加压元件。