制冷机直接冷却的NbTi超导磁体系统研制成功

由中国科学院电工研究所负责研制的制冷机直接冷却的NbTi超导磁体系统日前研制成功.该项目为国家超导技术联合研究开发中心九五攻关项目.中国科学院电工研究所负责系统全面总体设计制造和超导磁体研制,中国科学院低温技术实验中心提供了4K级制冷量有0.5W的GM制冷机,西北有色金属研究院研制了所需的Bi2223高温超导体电流引线.     

铝稳定的制冷机冷却的超导磁体稳定性分析

铝稳定超导体在高能物理加速器探测磁体和超导储能中应用广泛.铝稳定超导体有很多优点,如铝的剩余电阻率比值高,重量轻,特别是在低温下热导高,使得用这种导体建造的超导磁体稳定性和温度均匀性得到提高.本文通过数值计算仿真了铝稳定的制冷机冷却的超导磁体的稳定性,并与在液氦浸泡方式的结果进行了比较.对这种超导磁体在设计和运行方面,提出了措施和建议.     

3T动物磁共振成像传导冷却超导磁体研究

磁共振成像(MRI)是目前最先进的医学影像技术之一。动物磁共振成像以动物为研究对象，广泛用于生命科学研究、医学研究及药物机理研究。为了发展小型化、低成本的动物磁共振成像系统，该文采用传导冷却技术研制了一台3 T动物磁共振成像超导磁体。采用线性规划和非线性规划相结合的方法设计了一种主动屏蔽型磁体结构，其包含同轴排列的6个主线圈和2个屏蔽线圈。研究一种包含了分段和失超传播加速策略的被动失超保护方法保护超导磁体免于意外失超造成的损害。低温系统使用一台双极G-M制冷机直接将超导磁体从室温冷却到工作温度，无需液氦。超导磁体在直径φ180 mm的球形区域(DSV)产生高均匀度磁场用于成像。实验结果显示，超导磁体经历5次失超后被励磁到3.001 3 T，经测量φ180 mm的DSV磁场峰-峰值不均匀度(H_p2p)约为1.33×10^-2%。该文详细介绍了超导磁体的电磁设计、应力分析、失超保护设计，低温设计、建造及测试结果。     

35 kJ/7 kW直接冷却高温超导磁储能系统

介绍了直接冷却高温超导磁储能（SMES）系统（35kJ／7kW）的总体结构和基本试验结果。该系统主要由超导磁体、低温系统、功率调节系统和监控系统组成。实验结果表明，通过直接冷却将储能磁体成功冷却到了20K以下；储能磁体的直流临界电流达到150A，临界储能量84kJ，磁体中心场强4．5T；监控系统和变流器能控制SMES与系统快速独立地在四象限进行有功功率和无功功率交换；在电力系统动态模拟实验中，SMES能有效抑制电力系统中因发电机机端短路故障引起的功率振荡。     

35 kJ/7 kW直接冷却高温超导磁储能系统

介绍了直接冷却高温超导磁储能(SMES)系统(35kJ/7 kW)的总体结构和基本试验结果.该系统主要由超导磁体、低温系统、功率调节系统和监控系统组成.实验结果表明,通过直接冷却将储能磁体成功冷却到了20 K以下;储能磁体的直流临界电流达到150 A,临界储能量84 kJ,磁体中心场强4.5 T;监控系统和变流器能控制SMES与系统快速独立地在四象限进行有功功率和无功功率交换;在电力系统动态模拟实验中,SMES能有效抑制电力系统中因发电机机端短路故障引起的功率振荡.     

氧气浓度差磁致通风数值模拟

利用超导磁体提供的强梯度磁场，可以驱动具有不同氧气浓度的空气之间产生流动而形成通风。为研究氧气浓度差磁致通风的本质和作用机理，文中对该通风方式进行了理论分析，并就具体的超导磁体系统作用下的圆管内磁致通风进行了数值模拟。结果表明：需通风区与环境空气之间的氧气浓度差越大，超导磁体线圈电流密度越高，氧气浓度差磁致通风的流速就越高，通风效果越好。利用超导磁体驱动具有不同氧气浓度的空气之间产生通风是一种新型通风方式。     

120A超导磁体专用电源调节器

超导磁体专用电源是超导磁体系统的重要组成部分,电源的手动调节器用数字调节系统来代替,会使超导磁体励磁更加灵活方便、稳定可靠。本文叙述了该数字调节系统的软件、硬件设计和实验结果。     

感应加热用传导冷却YBCO高温超导磁体的热稳定性实验研究

与传统的高频交流感应加热技术相比,高温超导直流感应加热技术能够大幅度提升低电阻率、非铁磁性金属材料的透热处理加工效率。在高温超导感应加热系统中,超导磁体的热稳定性是保证系统安全稳定运行的关键。本文对传导冷却YBCO高温超导磁体进行通流实验,通过布置在磁体不同位置的多个温度传感器来监测各部分的温度情况,以温度能否在安全范围内趋于平稳作为判定条件研究超导磁体的热稳定性。同时,本文还研究了磁体载流的幅值与上升速率对磁体温升的影响。结果表明,高温超导磁体在传导冷却条件下,其长期安全稳定运行电流值的安全裕度因子选择通常比浸泡冷却式磁体略低,对于运行的实验磁体,安全裕度因子可取为0.65;传导冷却磁体远端导热性能差,可通过增加导冷点以及改善传热的方式来弥补冷却不均的缺陷;在磁体能够稳定运行的一定范围内,电流不同的上升速率对最终温升无明显影响。本文的研究成果将为今后大型传导冷却超导磁体的热稳定性分析与安全运行提供有价值的参考。     

超导开关在超导磁体系统中的应用

随着低温和超导技术的发展,超导开关得到了广泛的应用。比如:在许多超导磁体系统中,要用超导开关与超导磁体闭环以持久电流的形式运行,来获得高稳定度的磁场~([1-4]);在超导电感储能系统中,要用超导开关来储存和释放电感中的能量~([5-8]);在某些超导磁体的保护装置中,用超导开关对超导磁体进行有效的保护~([9]);由两个超导开关组成的磁通泵     

高温超导磁通泵研究进展与发展趋势

高温超导磁通泵是一种基于电磁感应定律的高温超导磁体无接触式供电设备,可在没有任何直接电接触或物理接触下将磁通量泵入超导闭环线圈,以补偿高温超导磁体系统衰减的电流并确保磁体磁场稳定性,从而使高温超导磁体能够工作在持续电流模式下,为实现稳态强磁场提供技术支持.超导磁通泵未来能够替代昂贵的高温超导磁体电流引线,在减小体积和重量的前提下有效提高无线电源设备的能效及可靠性,降低超导磁体带材使用量及制冷机功率,极大地推动高温超导磁体的广泛应用,将对航空航天、国防军事、轨道交通、生物医疗、高能物理等工程应用领域的技术革新做出贡献.本文总结了不同类型高温超导磁通泵的设计方案、技术特点以及最新研究进展,对比分析了各类型超导磁通泵的优缺点与应用前景,阐述了磁通泵在超导磁体及超导电机等应用领域中的潜在发展趋势,为高温超导磁体无线直流电源技术提供了理论支持与技术展望.     

A Superconducting Magnet with Center Field of 10 T and φ100 mm Warm Bore

ⅠIntroductionIt is expected that the middle and small-scale mag-nets immersed in liquid helium will be replaced by theeasy-operating conduction cooled superconducting magnetin near future[1~3].For the aimof superconducting mag-net applications in the advanced material processing,awide bore conduction-cooled superconducting magnet withavailable warmbore of100 mmand center field of 10 Twas designed.The NbTi superconducting coils have beenfabricated and tested.The systemis automated by using…     

A Superconducting Magnet with Center Field of 10 T and φ100 mm Warm Bore

A conduction-cooled superconducting magnet with central field of 10T and warm bore of 100 mm was designed based on a Nb3Sn and two NbTi superconducting coils. At the first stage, the NbTi coils have been fabricated and tested. A two-stage 4 K Gifford-McMahon (GM) cryocooler with the second-stage power in 1W, 4.2K is used to cool the magnet from room temperature to 4 K. The superconducting magnet with the same power supply has the operating current of 116A. The magnet can be rotated with a support frame to be operated with either horizontal or vertical position. A pair of Bi-2223 high temperature superconducting current leads was employed to reduce heat leakage into 4.2K level. The NbTi coils reachto the operating current of 120A without training effect to be observed during charging of the magnet during 40 minutes charging time and generate the center field of 6.5T. The training effect in the NbTi magnet directly cool-down by cryocooler and inter-winding support structure in magnet can be remarkably improved. The superconducting magnet has been stably operated for more than 275 hours with 6.5T. In this paper, the detailed design, fabrication, stress analysis and quench protection characteristics are presented.     

永磁材料的发展趋势

永磁材料的发展先后经历了金属永磁材料，铁氧体永磁材料，稀土永磁材料，纳米结构永磁材料等几个发展阶段，超导永磁体则是学术界近年来提出的一种新概念永磁体，本文在对永磁材料的发展历史和发展趋势进行了综合分析之后，对永磁材料今后的发展做出了预测。     

Magnet Science and Technology for Basic Research at the High Field Laboratory for Superconducting Materials

1 Introduction The High Field Laboratory for SuperconductingMaterials(HFLSM)has demonstrated the activities formaterials science and condensed matter physics,especially for superconducting and magnetic materials.These activities have been supported by Ins…     

各向异性粘结NdFeB磁体在中国起飞

介绍了我国HDDR各向异性粘结NdFeB磁体产业化的进程.通过对关键设备的开发,目前已经实现了HDDR各向异性磁粉和各向异性塑磁粒料的批量生产,在粘结磁体的成型技术上也取得了一定的突破,开发出了满足各向异性NdFeB粘结磁体成型要求的永磁和电磁取向场技术.同时通过加大市场开发力度,开发了几种有市场需求的产品,最后对本公司作了简单介绍.     

超导无线电能传输技术

近年来,无线电能传输技术已成为了热点技术。与传统电能传输方式相比,无线电能传输更为方便、安全,并已被应用于多个领域。由于无线电能传输效率取决于发射与接收线圈本身的电阻,线圈电阻越小,传输效率越高。超导体所具有的直流零电阻、交流低损耗的特性,使得超导材料用于无线电能传输具有显著的效率优势。介绍了超导无线电能传输技术的研究现状,中国科学院应用超导重点实验室关于超导无线电能传输方面已经开展和正在进行的研究工作,指出了超导无线电能传输技术潜在的应用前景。     

超导磁体失超检测电路的设计

超导磁体的失超检测与保护是超导电力技术实用化的一个重要课题。为了实现对超导储能混合磁体的失超检测与保护,本论文根据混合磁体的特点及结构,在现有有源功率检测的基础上,提出了一种针对超导混合磁体的电压校正电路,通过对混合超导磁体上产生的失超信号进行隔离、放大、滤波以及比较等,实现失超信号的检测。设计并完成了失超检测系统硬件电路的制作与调试。通过搭建高温超导线圈的实验装置,在高温超导储能磁体上进行失超检测的实验研究,得出了电压矫正前后的线圈电压波形。给线圈分别以不同速度充电,研究充电速度对阀值电压、失超的起始点及临界电流的影响。实验线圈电压波形表明,该失超检测系统能及时、有效地检测超导混合磁体失超的发生。