制冷机冷却的超导磁体的稳定性研究

【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。