制冷机冷却的超导磁体的稳定性研究

论文摘要

制冷机冷却的超导磁体与传统的低温液体浸泡冷却的超导磁体相比具有结构紧凑、运行方便和安全性好等优点,已成为超导磁体技术和应用的重要发展方向。为了为制冷机直接冷却的超导磁体的研制提供理论依据,解决研制过程中遇到的实际问题,本文从制冷机的冷却特性、磁体内的漏热分析和高低温超导体的不同特点出发研究了制冷机冷却的低温超导磁体(包括铝稳定超导体和铜稳定超导磁体)和制冷机冷却的高温超导磁体的稳定性问题。铝基稳定的超导磁体是高能物理探测器磁体和空间探测磁体采用的最重要的先进技术之一。采用制冷机直接冷却的铝稳定的超导磁体将大大减小空间磁体的重量、增加探测运行时间和提高空间磁体的安全性。本文从铝稳定超导体与铜稳定超导体的区别出发,由理论分析和仿真计算研究了在液氦浸泡和制冷机冷却方式下铝稳定超导体的稳定性。本文在仔细分析计算了在铜稳定超导磁体内各种漏热后,基于漏热和制冷机冷却热平衡的观点研究了制冷机冷却的铜稳定超导磁体在稳定运行时的和励磁时的稳定性。应用得出的结论,针对用于强磁场下材料制备的6T制冷机冷却的超导磁体和具有高均匀度的4T超导磁体进行了理论分析和计算并由实验结果得到了验证。由高温超导体与低温超导体的不同特点出发,结合一个磁分离用制冷机冷却的高温超导磁体,分析了制冷机冷却的低温超导磁体与制冷机冷却的高温超导磁体稳定性不同的原因,研究了制冷机冷却的高温超导磁体的热稳定性并与实验结果很好地吻合。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 主要参数表
• 第一章 引言
• 1.1 制冷机冷却超导磁体的研究意义
• 1.2 制冷机冷却超导磁体的发展现状
• 1.3 制冷机冷却超导磁体的稳定性研究现状
• 1.3.1 现有的超导磁体稳定性理论
• 1.3.2 制冷机冷却超导磁体稳定性研究现状
• 1.4 论文的内容与安排
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 论文安排
• 参考文献
• 第二章 铝稳定超导体的稳定性
• 2.1 铜基稳定的超导体
• 2.2 铝稳定超导线的种类和应用
• 2.2.1 高能粒子探测器用铝稳定超导体
• 2.2.2 空间探测磁体用铝稳定超导体
• 2.3 铝稳定超导体的稳定性理论分析
• 2.3.1 电流扩散
• 2.3.2 失超传播速度
• 2.4 铝稳定超导体的稳定性数值仿真分析
• 2.4.1 数学模型
• 2.4.2 数值计算的方法
• 2.4.3 液氦浸泡方式下的仿真结果与分析
• 2.5 本章小结
• 参考文献
• 第三章 制冷机冷却低温超导磁体的稳定性
• 3.1 小型低温制冷机的发展概况
• 3.2 G-M 制冷机的冷却特性
• 3.3 制冷机冷却的低温超导磁体的稳定性
• 3.3.1 理论分析
• 3.3.2 制冷机冷却方式下的仿真结果与分析
• 3.4 各种漏热的来源和计算
• 3.4.1 剩余气体传热和辐射漏热
• 3.4.2 铜电流引线漏热
• 3.4.3 高温超导电流引线
• 3.4.4 制冷机的最小功耗和二元电流引线最佳截流点的确定
• 3.4.5 环氧玻璃钢拉杆的漏热
• 3.4.6 接触电阻的焦耳热
• 3.5 稳定运行时的稳定性分析
• 3.6 励磁时稳定性分析
• 3.6.1 磁场和交流损耗计算
• 3.6.2 励磁时的数学模型
• 3.6.3 结果与讨论
• 3.7 本章小结
• 参考文献
• 第四章 用于强磁场下材料制备的6T 制冷机冷却的超导磁体
• 4.1 超导磁体系统简介
• 4.1.1 线圈和超导线
• 4.1.2 冷却系统
• 4.2 二元混合电流引线
• 4.2.1 铜电流引线的优化
• 4.2.2 高温超导引线的选取和放置位置
• 4.3 漏热的分析与计算
• 4.4 运行电流的选取和一级冷头温度的确定
• 4.5 磁体失超后的热点温升
• 4.6 磁体实验结果及分析
• 4.6.1 冷却实验
• 4.6.2 磁体通电励磁试验
• 4.7 本章小结
• 参考文献
• 第五章 高均匀磁场的4T 制冷机冷却的超导磁体
• 5.1 超导磁体系统简介
• 5.1.1 线圈和超导线
• 5.1.2 冷却系统
• 5.2 二元混合电流引线
• 5.3 漏热的分析与计算
• 5.4 运行电流的选取和一级冷头温度的确定
• 5.5 实验结果及分析
• 5.5.1 磁体抽真空和冷却试验
• 5.5.2 磁体通电励磁试验
• 5.6 本章小结
• 参考文献
• 第六章 制冷机冷却的高温超导磁体的稳定性
• 6.1 高温超导体与低温超导体的比较
• 6.2 制冷机冷却高温超导磁体稳定性
• 6.2.1 高温超导体的指数损耗
• 6.2.2 磁分离用高温超导磁体的稳定性分析
• 6.3 本章小结
• 参考文献
• 第七章 结论
• 致谢
• 作者攻读博士学位期间发表的学位论文