一种利用比特磁体产生高场的高温超导闭环运行磁体制造技术

本发明专利技术涉及一种利用比特磁体产生高场的高温超导闭环运行磁体，超导磁体采用全高温超导材料制成。超导片和绝缘片均为圆环片状结构，且两者内径和外径均相同；绝缘片和超导片交替堆叠形成超导磁体。本发明专利技术采用场冷方式励磁，利用可以输出高磁场的比特磁体提供背景磁场，从而实现利用全高温超导材料输出强磁场的目的。本发明专利技术超导磁体内部各个超导环片之间无需焊接、无需电源、无需电流引线，可以实现闭环运行，具有结构紧凑、可拆卸、稳定性高、制备工艺简单等优点，相较于利用低温超导材料，使用全高温超导材料制成的超导磁体，具有运行温度高、上临界场高、稳定性良好等优点，可以稳定的输出强磁场，拓展了高温超导体应用于强磁场的范围，在中大型高场超导磁体、核磁共振等需要强磁场的设备中具有重要应用。强磁场的设备中具有重要应用。强磁场的设备中具有重要应用。

【技术实现步骤摘要】
一种利用比特磁体产生高场的高温超导闭环运行磁体


[0001]本专利技术属于超导磁体应用
，特别涉及一种利用比特磁体产生强磁场的闭环运行的高温超导磁体。

技术介绍

[0002]高磁场对科学技术的发展具有极其重要的意义，其产生与应用研究对极端条件科学设施、生物医学工程、国防特种装备、高精度的科学仪器以及农业应用都具有重要意义。当今世界最先进的电阻式强磁场最高可以达到45T，比特磁体最高可以产生38.52T，但是伴随着庞大的电源以及水冷系统，导致其运行功耗高，系统维护复杂并且占地面积大等诸多问题。
[0003]而超导材料自发现以来就凭借其零电阻、抗磁性等独特的电磁性质在关于高场研究中处于重要地位。相较于常规磁体，超导磁体具有诸多优点，例如具有较高的磁场强度，功率损耗低，抗干扰能力强等。与低温超导磁体相比，高温超导磁体具有运行温度高、上临界场高、稳定性良好等优点。但目前高场磁体的结构通常是采用高低温超导混合的方式，目前所研制的最高的全超导磁体也只能达到32T。
[0004]另外，对超导磁体进行励磁的方式主要是通过电流引线直接通电流驱动或者通过电磁感应进行励磁。然而与低温超导磁体相比，由于材料本身的特性以及无阻焊接技术的不成熟，使得高温超导磁体无法配合电流引线和电源实现。因此目前高温超导磁体最合适的励磁方法是利用电磁感应原理进行励磁，例如场冷励磁、脉冲场励磁以及磁通泵励磁。

技术实现思路

[0005]针对
技术介绍
中存在的问题，本专利技术提供了一种利用比特磁体产生高场，并且采用场冷的励磁方式实现闭环运行的高温超导磁体。该装置无需外接电源，仅需提供能使带材维持在超导态的低温条件以及场冷的励磁方式，就可以实现利用全高温超导材料输出强磁场的功能。本专利技术为超导磁体提供强磁场提供了新的方法。本专利技术由全高温超导回路构成，低温下无电阻，结构简单，可以稳定的输出强磁场，拓展了超导体在强磁场的应用领域，可以广泛应用于高磁场应用场合。
[0006]为实现上述功能，本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种利用比特磁体产生高场的高温超导闭环运行磁体，其外形基于高温超导圆形环片，其特征在于，所述超导环片内径大于所利用的比特磁体。
[0008]进一步，外围高温超导圆形环片是由REBCO圆形环片和绝缘圆形环片一次堆叠制成，通过在上方和下方加法兰片并配合螺栓和螺母固定其结构。
[0009]进一步，超导磁体采用液氮冷却的方式进行冷却。
[0010]进一步，超导磁体采用场冷的方式进行励磁。
[0011]进一步，所述比特磁体外形与超导环片相同，但内径应小于外围的高温超导圆形环片，并作为场冷励磁的背景磁体给超导圆形环片构成的超导磁体励磁。
[0012]本专利技术基于超导闭合回路的磁通守恒原理，实现了利用全高温超导材料稳定输出强磁场的功能。其具体原理为：在超导态下，当超导闭合回路中的磁通量变化时，即施加或移除磁场时，超导闭合回路为了维持磁通守恒，保证回路中的总磁通量不变，将会产生一个相反的磁场以抵消这种变化。
[0013]如果施加或移除的磁场很大，那么就可以实现在超导闭合回路中产生强磁场的功能。目前已知的孔径为32mm的比特磁体，在输入电流37.96kA时，输出磁场强度高达38.52T。本专利技术提出以比特磁体作为场冷励磁的背景磁场，即设计出内径大于比特磁体的全高温超导圆形环片，并与绝缘片堆叠成超导磁体。假设比特磁体可以输出的磁场强度为B1，圆环片的面积为S1，则总磁通为S1B1,在移除比特磁体时，根据超导闭合回路的磁通守恒原理，超导磁体将感应出同样大小的磁通S1B1(假设磁通俘获率为100％)。如果设外围超导圆环孔的面积为S2,则最终本专利技术中的超导磁体最终可以输出磁场B2＝(S1/S2)B1。即只要合理设计内外比特磁体与超导圆环的尺寸，即可实现用全高温超导材料输出高磁场的目的，输出的磁场将大于目前世界各研究机构在全超导高场的纪录。
[0014]本专利技术的有益效果在于：
[0015]本专利技术提供的超导磁体内部各个ReBCO超导环片之间无需焊接、无需电源和电流引线，具有结构紧凑、可拆卸、稳定性高、制备工艺简单的优点；
[0016]本专利技术所述超导磁体采用场冷的方式励磁，避免了无阻焊接技术不成熟所造成的电流无法闭环运行的问题；
[0017]本专利技术由全高温超导材料制成，在低温下可以实现无阻运行，具有比低温超导磁体更优良的特点，例如具有更高的运行温度，更高的上临界场，稳定性也更好等优点；
[0018]本专利技术利用场冷的励磁方式以及超导闭合回路的磁通守恒原理，利用比特磁体可以输出强磁场的优势，使得全高温超导磁体也同样可以稳定输出强磁场，拓展了超导体应用于强磁场的范围，能够广泛应用于中大型超导磁体、热核聚变反应。
附图说明
[0019]图1为超导圆环片的示意图，其中a为圆环片的主视图，b为圆环片的剖视图；
[0020]图2为绝缘片的示意图，其中a为绝缘片的主视图，b为绝缘片的剖视图；
[0021]图3为本专利技术所述的超导磁体的示意图；
[0022]图4为本专利技术所利用的比特磁体的示意图；
[0023]图5为本专利技术所描述的利用比特磁体产生高场的高温超导闭环运行的磁体的示意图；
[0024]图6为本专利技术所描述的利用比特磁体产生高场的高温超导闭环运行的磁体的俯视图；
[0025]其中：
[0026]1‑
衬底，2
‑
缓冲层，3
‑
ReBCO涂层，4
‑
保护层，5
‑
超导片，6
‑
绝缘片，7
‑
法兰，8
‑
法兰定位孔，9
‑
绝缘拉杆，10
‑
超导磁体，11
‑
比特磁体
具体实施方式
[0027]以下结合附图对本专利技术作进一步的详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示
例性的，而不是为了限制本专利技术的范围及其应用。
[0028]首先制备超导片5和绝缘片6，如下：
[0029]基于ReBCO涂层的超导片5的加工流程如图1所示。
[0030]衬底1的材料采用但不限于Ni、NiW、哈氏合金、不锈钢，然后将衬底1切割成内半径为r2、外半径为r1的圆环片状。在衬底1上沉积缓冲层2，采用但不限于Y2O3、YSZ、CeO2或YSZ等绝缘性金属氧化物。之后采用金属有机化学气相沉积等工艺在缓冲层上镀上ReBCO涂层3，接着在ReBCO涂层3上镀银或铜薄膜作为保护层4即可得到内半径为r2、外半径为r1的圆环片状的超导片5，如图1所示。
[0031]绝缘片6的加工流程如图2所示。
[0032]绝缘片6采用但不限于PPLP绝缘材料、有机绝缘薄膜或牛皮纸；有机绝缘薄膜可以为环氧薄片。如图2所示，将绝缘片6加工成内半径为r2、外半径为r1的圆环片状结构。
[0033]然后将冷却片5和绝缘片6交替布置形成超导磁体，保证本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用比特磁体产生高场的高温超导闭环运行磁体，其特征在于，超导片和绝缘片均为圆环片状结构，且两者的内径和外径均相同；N片超导片与N+1片绝缘片按照一定方向交替堆叠形成超导体，N为正整数。在超导磁体上下加法兰，上下法兰之间通过绝缘拉杆连接固定。2.根据权利要求1所述的一种利用比特磁体产生高场的高温超导闭环运行磁体，其特征在于，所述超导磁体的超导环片采用全高温超导材料，并在衬底上依次制备缓冲层、ReBCO涂层、保护层获得。3.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟紫晴，王银顺，程俊华，胡成洋，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：