FECR超导离子源Nb3Sn磁体半长度样机的结构分析

中国科学院近代物理研究所正在研制运行于45GHz的世界首台第四代电子回旋共振离子源FECR(Fourth Electron Cyclotron Resonance)。该离子源磁体线圈全部采用Nb₃Sn(铌三锡)超导材料制作、这一超导材料临界性能对应力敏感,加之磁体中六极线圈和螺线管线圈之间的应力不平衡分布,导致磁铁机械结构设计面临极大挑战。为了验证离子源磁铁结构设计的合理性和仿真结果的可信性,为全尺寸真机的研制奠定技术基础,设计了能够一定程度上反映离子源磁体机械结构的半长度样机。本文主要介绍了FECR半长度样机的三维机械结构设计,借助ANSYS有限元软件分析了磁铁在室温组装、冷却降温和加电励磁时的应力分布和变化情况,为磁体装配提供关键的预应力参数。     

FECR超导离子源磁体六极模拟线圈的Mirror结构设计及测试

中国科学院近代物理研究所自主研制运行于45GHz的第四代高电荷态ECR超导离子源,该离子源磁体的核心之一是Nb3Sn六极线圈。为了测试单体六极线圈经过绕制、热处理、环氧浸渍等一系列工艺过程后,电磁性能是否达到设计指标,设计了能够一定程度上模拟六极磁场及其应力分布的Mirror测试结构。由于Mirror结构在室温装配过程中采用Bladder-Key技术对六极线圈施加预应力,为了能够模拟从室温装配到冷却降温的操作流程、验证Ansys有限元仿真方法与实验结果的一致性,依据六极线圈外形尺寸加工了一个模拟线圈。实验结果表明,铝壳和模拟线圈中心处的应变与Ansys仿真计算结果基本一致,最大误差均在10%以内,验证了结构设计的合理性和仿真结果的可信性。