[发明专利]一种高温超导环片堆叠结构的无阻无源磁屏蔽器件

说明书

本发明公开了一种高温超导环片堆叠结构的无阻无源磁屏蔽器件，基于高温超导带材，通过适当方法切割加工获得的超导环型薄片，再对环片进行不同结构的堆叠组成。单个超导环片可以是内外同心圆构成的环形，或内圆外方等形状。环片的堆叠方式可以是最小间距的紧密型，间距可调的离散型和两个或多个紧密堆叠组合而成的具有一定间隙的分裂型等。本发明的磁屏蔽器件具有结构简单，制造方便，功能灵活等优点，各类堆叠结构的器件已被证实与管状超导块体屏蔽器件相比具有极高的轴向屏蔽系数和高的工作磁场，与基于常导线圈和有接头超导线圈的屏蔽器件相比具有优良的低频屏蔽性能。

技术领域

本发明涉及各种精密电子与科学仪器的磁屏蔽系统，更具体地涉及一种超导无源磁屏蔽的线圈结构设计，主要应用于超导电子学等领域的电磁屏蔽技术领域。

背景技术

在超导电子学，超导量子计算，精密测量技术等前沿科技领域，器件的安全有效运行要求对微弱磁信号的高灵敏度，无磁或超低磁场的背景环境以及可抑制的电磁噪声信号干扰。电磁屏蔽技术包括主动屏蔽和被动屏蔽技术两类，能够消除各种科学仪器和生物医学设备的环境磁场噪声和背景磁场干扰，在低温电流比较器，超导量子干涉仪，磁通门传感器，光泵磁强计，超低场磁共振成像等高灵敏电子设备中被广泛应用。

主动屏蔽技术的精度和响应速度一般需要精确的控制系统，结构复杂，不适合中高频磁场。被动或无源磁屏蔽技术利用超导体等高电导率材料在外场下自发产生感应电流抵消磁场，基于超导体的无源屏蔽器件已经在实际中获得应用，主要由加工成长管状的超导块材或绕制成线圈的超导线材构成。

对于超导线带材绕制而成的磁屏蔽线圈，由于不可避免的焊接接头的存在，超导线材如REBCO带材等在焊接处具有大的接头电阻，严重影响线圈的磁屏蔽性能，尤其是在低频磁场环境中，因此大型磁屏蔽线圈的焊接工艺，绕制工艺以及失超保护成为巨大难题。对于块状超导体组成的磁屏蔽器件，由于目前超导块材制备工艺的限制，材料存在超导性能有限和热稳定性不佳等问题，并且大尺寸超导块体难以获得，对相应磁屏蔽器件的屏蔽因子，工作磁场范围，屏蔽空间等形成了较大的制约。

发明内容

为了解决现有技术现有管状超导块体难以发展高性能、大孔径屏蔽器件的问题，本发明的目的在于克服已有技术存在无源磁屏蔽技术在低频区间磁屏蔽性能乏力、超导线圈结构复杂、受弯曲半径限制的不足，提供一种高温超导环片堆叠结构的无阻无源磁屏蔽器件，本发明的磁屏蔽器件可直接通过高温超导带材制成，结构简单，加工方便，并且具有高效能磁屏蔽的优点以及低频磁屏蔽能力。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高温超导环片堆叠结构的无阻无源磁屏蔽器件，采用以下材料制成并具有以下结构：

单个超导环片是采用高温超导涂层导体切割而成的薄片；

由一系列超导环片组成磁屏蔽堆叠结构。

优选地，高温超导涂层导体采用临界温度不低于40K的超导涂层导体，包括但不限于YBCO带材、铁基超导体。

优选地，随高温超导涂层导体的切割方式采用激光切割、机械压模切割或其他切割方法。

优选地，单个超导环片是具有中心孔结构的超导片，且超导环片外边缘及中心孔的形状为圆形、方形或者其他多边形。

进一步优选地，超导环片为内外同心圆的圆环状或内圆外方的有孔方片状。作为基本堆叠单元的单个超导环片由高温超导带材批量切割加工而成。环片可被切割成内外同心圆的圆环状或内圆外方的有孔方片状，以及其他有利于屏蔽的形状。关于单个环片内外直径和尺寸的选取，优选尽可能小的内径和大的外径。

更进一步优选地，当超导环片为内外同心圆的圆环状时，内径尺寸不大于外径尺寸的一半。