主動(dòng)屏蔽式低溫超導(dǎo)磁體系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及低溫制冷和超導(dǎo)磁體領(lǐng)域，具體是一種主動(dòng)屏蔽式低溫超導(dǎo)磁體系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]某些金屬及其合金在溫度非常低的情況下，會(huì)表現(xiàn)出電阻為零的特性。采用具備這種特性材料制作的線材繞制的線圈成為超導(dǎo)線圈。由于超導(dǎo)線圈工作時(shí)需要處于極低的溫度下，傳統(tǒng)的低溫超導(dǎo)磁體系統(tǒng)一般都將超導(dǎo)線圈浸泡在液氦內(nèi)，使得超導(dǎo)線圈維持在4.2K，保證超導(dǎo)線圈處于超導(dǎo)狀態(tài)。
[0003]作為目前唯一一種可以達(dá)到4.2K的方便冷源，液氦沸點(diǎn)極低，同時(shí)氦資源極度缺乏。液氦一般通過(guò)大型氦液化系統(tǒng)液化，再將液氦貯存在液氦杜瓦內(nèi)，運(yùn)輸?shù)降蜏叵到y(tǒng)和低溫實(shí)驗(yàn)室使用。大型氦液化系統(tǒng)一般包括氦氣貯存系統(tǒng)、氦壓縮機(jī)、純化器、液化器和控制系統(tǒng)組成，占地面積較大，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。同時(shí)液氦在運(yùn)輸過(guò)程中不可避免存在損耗，不適用于液氦用量較小的場(chǎng)合。同時(shí)由于需要提供一個(gè)存儲(chǔ)液氦的低溫容器，傳統(tǒng)的低溫超導(dǎo)磁體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，在實(shí)際操作液氦時(shí)需要豐富的低溫經(jīng)驗(yàn)。
[0004]超導(dǎo)線圈通電后，線圈可以產(chǎn)生磁場(chǎng)強(qiáng)度非常高的環(huán)境。由于磁力線是首尾閉合的，因此超導(dǎo)線圈外部不可避免存在一定的漏磁，漏磁場(chǎng)強(qiáng)的大小和通電電流的大小成正比例關(guān)系。在傳統(tǒng)低溫超導(dǎo)磁體系統(tǒng)中，采用鐵加工的屏蔽罩進(jìn)行外部磁場(chǎng)屏蔽，但存在屏蔽效果差，屏蔽罩體積大、笨重等缺點(diǎn)。
[0005]主線圈可以產(chǎn)生高磁場(chǎng)環(huán)境，兩端的屏蔽線圈同時(shí)產(chǎn)生反向磁場(chǎng)，主動(dòng)屏蔽超導(dǎo)磁體線圈外部的磁場(chǎng)環(huán)境，減少中心磁場(chǎng)的漏磁，同時(shí)可以通過(guò)調(diào)節(jié)屏蔽線圈的電流實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)的不同壓縮比。
[0006]基于上述原因，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種主動(dòng)屏蔽式低溫超導(dǎo)磁體系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置，其思想在于采用制冷機(jī)直接冷卻超導(dǎo)線圈，省去了液氦容器等復(fù)雜結(jié)構(gòu)。同時(shí)采用多個(gè)NbTi超導(dǎo)線繞制的螺線管線圈串聯(lián)組成超導(dǎo)線圈，其中一個(gè)主線圈提供中心磁場(chǎng)，在主線圈外部的兩端各放置一個(gè)或多個(gè)不同半徑和厚度的屏蔽線圈，產(chǎn)生屏蔽磁場(chǎng)。由于超導(dǎo)線圈通電后，主線圈可以產(chǎn)生高磁場(chǎng)環(huán)境，兩端的屏蔽線圈同時(shí)產(chǎn)生反向磁場(chǎng)，主動(dòng)屏蔽超導(dǎo)磁體線圈外部的磁場(chǎng)環(huán)境，減少中心磁場(chǎng)的漏磁，同時(shí)可以通過(guò)調(diào)節(jié)屏蔽線圈的電流實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)的不同壓縮比。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)傳統(tǒng)低溫超導(dǎo)磁體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、屏蔽效果差、外部漏磁嚴(yán)重的情況，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種主動(dòng)屏蔽式低溫超導(dǎo)磁體系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置，它采用制冷機(jī)直接冷卻超導(dǎo)線圈，使得超導(dǎo)線圈工作在超導(dǎo)溫度下，可以穩(wěn)定運(yùn)行。超導(dǎo)線圈采用多個(gè)螺線管串聯(lián)組成，線圈兩端放置有一個(gè)或多個(gè)屏蔽線圈產(chǎn)生反向磁場(chǎng)，主動(dòng)屏蔽超導(dǎo)磁體線圈外部的磁場(chǎng)環(huán)境。這將大大簡(jiǎn)化低溫超導(dǎo)磁體系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，降低中心磁場(chǎng)的漏磁，提高低溫超導(dǎo)磁體系統(tǒng)外部的屏蔽效果。
[0008]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:
主動(dòng)屏蔽式低溫超導(dǎo)磁體系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:包括有真空密封罐、多層絕熱層、防輻射銅屏、制冷機(jī)、超導(dǎo)線圈、導(dǎo)冷機(jī)構(gòu)、吊桿支撐機(jī)構(gòu)、氣體收集板；所述的多層絕熱層位于真空密封罐內(nèi)部，防輻射銅屏位于多層絕熱層內(nèi)部，多層絕熱層緊貼在防輻射銅屏的外表面上，超導(dǎo)線圈位于防輻射銅屏內(nèi)部，且超導(dǎo)線圈通過(guò)吊桿支撐機(jī)構(gòu)吊裝在真空密封罐法蘭上，位于真空密封罐外的制冷機(jī)的一級(jí)冷頭穿過(guò)真空密封罐與防輻射銅屏熱連接并提供冷量，制冷機(jī)的二級(jí)冷頭穿過(guò)防輻射銅屏通過(guò)導(dǎo)冷機(jī)構(gòu)和超導(dǎo)線圈相連接，氣體收集板安裝在制冷機(jī)的一級(jí)冷頭上。所述的制冷機(jī)與防輻射銅屏、制冷機(jī)與導(dǎo)冷機(jī)構(gòu)、導(dǎo)冷機(jī)構(gòu)與超導(dǎo)線圈之間分別增加一層薄銦片。
[0009]真空密封罐是一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)超高真空的真空罐體，采用無(wú)磁性不銹鋼加工制作，真空密封罐采用可拆式結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)罐體的反復(fù)拆卸。
[0010]防輻射銅屏安裝在真空密封罐內(nèi)，減少?gòu)恼婵展摅w內(nèi)孔壁面射向超導(dǎo)線圈的輻射熱。
[0011]制冷機(jī)是一種可以產(chǎn)生最低零下270°C的制冷設(shè)備，為超導(dǎo)線圈、防輻射銅屏和氣體收集板提供冷量。
[0012]超導(dǎo)線圈包括有一個(gè)用于產(chǎn)生均勻場(chǎng)的中心磁場(chǎng)的主線圈，主線圈外部的兩端各放置一個(gè)用于調(diào)整磁場(chǎng)的分布補(bǔ)償線圈，主線圈和補(bǔ)償線圈分別繞制在復(fù)合骨架上，主線圈與補(bǔ)償線圈采取串聯(lián)組合。主線圈和補(bǔ)償線圈均是由多個(gè)NbTi超導(dǎo)線繞制的螺線管線圈。超導(dǎo)線圈通電后，主線圈可以產(chǎn)生高磁場(chǎng)環(huán)境，兩端的補(bǔ)償線圈同時(shí)產(chǎn)生反向磁場(chǎng)，主動(dòng)屏蔽超導(dǎo)磁體線圈外部的磁場(chǎng)環(huán)境，減少中心磁場(chǎng)的漏磁，同時(shí)可以通過(guò)調(diào)節(jié)補(bǔ)償線圈的電流實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)的不同壓縮比。所述的復(fù)合骨架采用無(wú)氧銅和不銹鋼疊加而成，復(fù)合骨架的端部沿徑向開(kāi)有多個(gè)環(huán)氧浸漬槽。所述的主線圈和補(bǔ)償線圈外分別額外繞制一層無(wú)氧銅絲。
[0013]導(dǎo)冷機(jī)構(gòu)采用在低溫下導(dǎo)熱能力非常強(qiáng)的無(wú)氧銅絲加工制作而成。
[0014]吊桿支撐機(jī)構(gòu)由環(huán)氧玻璃鋼材料制作而成，將超導(dǎo)線圈吊裝在真空密封罐的上法蘭上。
[0015]氣體收集板包括有無(wú)氧銅板，無(wú)氧銅板上粘接有活性炭粒。氣體收集板安裝在制冷機(jī)上，制冷機(jī)可以將氣體收集板冷卻至零下200°C，氣體收集板安裝在真空密封罐內(nèi)，在低溫下可以捕獲真空密封罐內(nèi)的氣體分子，在真空密封罐內(nèi)產(chǎn)生超高真空的環(huán)境。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
本發(fā)明可以主動(dòng)屏蔽超導(dǎo)磁體線圈外部的磁場(chǎng)環(huán)境，大大簡(jiǎn)化了低溫超導(dǎo)磁體系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，降低中心磁場(chǎng)的漏磁，提高低溫超導(dǎo)磁體系統(tǒng)外部的屏蔽效果。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2-1為超導(dǎo)線圈與骨架結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2-2位骨架的側(cè)視圖。
[0020]圖3-1為氣體收集板的立體圖。
[0021]圖3-2為氣體收集板的側(cè)視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]如圖1所示，一種主動(dòng)屏蔽式低溫超導(dǎo)磁體系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置主要由真空密封罐101、多層絕熱層102、防輻射銅屏103、制冷機(jī)104、超導(dǎo)線圈105、導(dǎo)冷機(jī)構(gòu)106、吊桿支撐機(jī)構(gòu)107和氣體收集板108組成。多層絕熱層102位于真空密封罐101內(nèi)部，防輻射銅屏103位于多層絕熱層102內(nèi)部，超導(dǎo)線圈105位于防福射銅屏103內(nèi)部，制冷機(jī)104和超導(dǎo)線圈105之間通過(guò)導(dǎo)冷機(jī)構(gòu)106相連接，導(dǎo)冷機(jī)構(gòu)106采用在低溫下導(dǎo)熱能力非常強(qiáng)的無(wú)氧銅絲加工制作，使得超導(dǎo)線圈105和制冷機(jī)104之間有良好的熱交換。由于導(dǎo)冷機(jī)構(gòu)106