主動屏蔽式低溫超導磁體系統(tǒng)的實驗裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及低溫制冷和超導磁體領域，具體是一種主動屏蔽式低溫超導磁體系統(tǒng)的實驗裝置。
【背景技術】
[0002]某些金屬及其合金在溫度非常低的情況下，會表現(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線圈。由于超導線圈工作時需要處于極低的溫度下，傳統(tǒng)的低溫超導磁體系統(tǒng)一般都將超導線圈浸泡在液氦內(nèi)，使得超導線圈維持在4.2K，保證超導線圈處于超導狀態(tài)。
[0003]作為目前唯一一種可以達到4.2K的方便冷源，液氦沸點極低，同時氦資源極度缺乏。液氦一般通過大型氦液化系統(tǒng)液化，再將液氦貯存在液氦杜瓦內(nèi)，運輸?shù)降蜏叵到y(tǒng)和低溫實驗室使用。大型氦液化系統(tǒng)一般包括氦氣貯存系統(tǒng)、氦壓縮機、純化器、液化器和控制系統(tǒng)組成，占地面積較大，結構較為復雜。同時液氦在運輸過程中不可避免存在損耗，不適用于液氦用量較小的場合。同時由于需要提供一個存儲液氦的低溫容器，傳統(tǒng)的低溫超導磁體系統(tǒng)結構非常復雜，在實際操作液氦時需要豐富的低溫經(jīng)驗。
[0004]超導線圈通電后，線圈可以產(chǎn)生磁場強度非常高的環(huán)境。由于磁力線是首尾閉合的，因此超導線圈外部不可避免存在一定的漏磁，漏磁場強的大小和通電電流的大小成正比例關系。在傳統(tǒng)低溫超導磁體系統(tǒng)中，采用鐵加工的屏蔽罩進行外部磁場屏蔽，但存在屏蔽效果差，屏蔽罩體積大、笨重等缺點。
[0005]主線圈可以產(chǎn)生高磁場環(huán)境，兩端的屏蔽線圈同時產(chǎn)生反向磁場，主動屏蔽超導磁體線圈外部的磁場環(huán)境，減少中心磁場的漏磁，同時可以通過調(diào)節(jié)屏蔽線圈的電流實現(xiàn)磁場的不同壓縮比。
[0006]基于上述原因，本實用新型設計了一種主動屏蔽式低溫超導磁體系統(tǒng)的實驗裝置，其思想在于采用制冷機直接冷卻超導線圈，省去了液氦容器等復雜結構。同時采用多個NbTi超導線繞制的螺線管線圈串聯(lián)組成超導線圈，其中一個主線圈提供中心磁場，在主線圈外部的兩端各放置一個或多個不同半徑和厚度的屏蔽線圈，產(chǎn)生屏蔽磁場。由于超導線圈通電后，主線圈可以產(chǎn)生高磁場環(huán)境，兩端的屏蔽線圈同時產(chǎn)生反向磁場，主動屏蔽超導磁體線圈外部的磁場環(huán)境，減少中心磁場的漏磁，同時可以通過調(diào)節(jié)屏蔽線圈的電流實現(xiàn)磁場的不同壓縮比。
【實用新型內(nèi)容】
[0007]針對傳統(tǒng)低溫超導磁體系統(tǒng)結構復雜、屏蔽效果差、外部漏磁嚴重的情況，本實用新型設計了一種主動屏蔽式低溫超導磁體系統(tǒng)的實驗裝置，它采用制冷機直接冷卻超導線圈，使得超導線圈工作在超導溫度下，可以穩(wěn)定運行。超導線圈采用多個螺線管串聯(lián)組成，線圈兩端放置有一個或多個屏蔽線圈產(chǎn)生反向磁場，主動屏蔽超導磁體線圈外部的磁場環(huán)境。這將大大簡化低溫超導磁體系統(tǒng)的結構，降低中心磁場的漏磁，提高低溫超導磁體系統(tǒng)外部的屏蔽效果。
[0008]為了達到上述目的，本實用新型所采用的技術方案為:
[0009]主動屏蔽式低溫超導磁體系統(tǒng)的實驗裝置，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、超導線圈、導冷機構、吊桿支撐機構、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，超導線圈位于防輻射銅屏內(nèi)部，且超導線圈通過吊桿支撐機構吊裝在真空密封罐法蘭上，位于真空密封罐外的制冷機的一級冷頭穿過真空密封罐與防輻射銅屏熱連接并提供冷量，制冷機的二級冷頭穿過防輻射銅屏通過導冷機構和超導線圈相連接，氣體收集板安裝在制冷機的一級冷頭上。所述的制冷機與防輻射銅屏、制冷機與導冷機構、導冷機構與超導線圈之間分別增加一層薄銦片。
[0010]真空密封罐是一個可以實現(xiàn)超高真空的真空罐體，采用無磁性不銹鋼加工制作，真空密封罐采用可拆式結構，可以實現(xiàn)罐體的反復拆卸。
[0011]防輻射銅屏安裝在真空密封罐內(nèi)，減少從真空罐體內(nèi)孔壁面射向超導線圈的輻射熱。
[0012]制冷機是一種可以產(chǎn)生最低零下270°C的制冷設備，為超導線圈、防輻射銅屏和氣體收集板提供冷量。
[0013]超導線圈包括有一個用于產(chǎn)生均勻場的中心磁場的主線圈，主線圈外部的兩端各放置一個用于調(diào)整磁場的分布補償線圈，主線圈和補償線圈分別繞制在復合骨架上，主線圈與補償線圈采取串聯(lián)組合。主線圈和補償線圈均是由多個NbTi超導線繞制的螺線管線圈。超導線圈通電后，主線圈可以產(chǎn)生高磁場環(huán)境，兩端的補償線圈同時產(chǎn)生反向磁場，主動屏蔽超導磁體線圈外部的磁場環(huán)境，減少中心磁場的漏磁，同時可以通過調(diào)節(jié)補償線圈的電流實現(xiàn)磁場的不同壓縮比。所述的復合骨架采用無氧銅和不銹鋼疊加而成，復合骨架的端部沿徑向開有多個環(huán)氧浸漬槽。所述的主線圈和補償線圈外分別額外繞制一層無氧銅絲。
[0014]導冷機構采用在低溫下導熱能力非常強的無氧銅絲加工制作而成。
[0015]吊桿支撐機構由環(huán)氧玻璃鋼材料制作而成，將超導線圈吊裝在真空密封罐的上法蘭上。
[0016]氣體收集板包括有無氧銅板，無氧銅板上粘接有活性炭粒。氣體收集板安裝在制冷機上，制冷機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。
[0017]本實用新型的優(yōu)點是:
[0018]本實用新型可以主動屏蔽超導磁體線圈外部的磁場環(huán)境，大大簡化了低溫超導磁體系統(tǒng)的結構，降低中心磁場的漏磁，提高低溫超導磁體系統(tǒng)外部的屏蔽效果。
【附圖說明】
[0019]圖1為本實用新型的整體結構示意圖。
[0020]圖2-1為超導線圈與骨架結構示意圖。
[0021]圖2-2位骨架的側視圖。
[0022]圖3-1為氣體收集板的立體圖。
[0023]圖3-2為氣體收集板的側視圖。
【具體實施方式】
[0024]如圖1所示，一種主動屏蔽式低溫超導磁體系統(tǒng)的實驗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104、超導線圈105、導冷機構106、吊桿支撐機構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，超導線圈105位于防福射銅屏103內(nèi)部，制冷機104和超導線圈105之間通過導冷機構106相連接，導冷機構106采用在低溫下導熱能力非常強的無氧銅絲加工制作，使得超導線圈105和制冷機104之間有良好的熱交換。