ADS注入器Ⅱ超导螺线管的初步测试

介绍了加速器驱动次临界系统（ADS）注入器Ⅱ束流聚焦单元超导螺线管的初步测试。 该测试在高度1 600 mm、 直径510 mm的垂直杜瓦中, 利用型号为cryogenic sms的超导电源对磁体进行了励磁, 并利用霍尔探头测试了其轴向磁场分布情况和漏场情况, 其中心磁场励磁后可达8.20 T, 漏场分布和计算值的相对误差小于10%。 同时, 对励磁过程中骨架的应力应变状态做了测试。 对测试结果的分析表明, 骨架结构设计合理, 应变状态变化平稳, 磁体低温稳定性能良好。The preliminary test of the superconducting solenoid for ADS injectorⅡhas been carried out in order to measure its performances. A vertical dewar with height 1 600 mm and outer diameter 510 mm was employed for this test. The magnet was energized by a cryogenic sms superconducting magnet current source. The axial magnetic distribution and leakage field were also tested through hall probes. The center field can be excited up to 8.20 T and the relative diviation between the measured value and the calculated value of the stray and leakage field is less than 10%. The measurements of the strain and stress status of the magnet skeleton show that the distortion is small and the mechanical performance is robust.     

埋入式光纤布拉格光栅传感器低温力学传感性能的基础实验研究

在绕制、冷却和强磁场等极端运行条件下,高温超导磁体内部将会产生复杂的应力和应变,其内部最大应变可达到数千微应变,极易引起超导性能的退化,造成结构的破坏,因此,高温超导磁体结构内部的力学状态直接关系到运行的安全性和可靠性。而国内外针对高温超导磁体结构内部应变测量的技术尚处于初步研究阶段。基于光纤布拉格光栅(FBG)应变测量技术,结合钇钡铜氧(YBCO)高温超导带材结构,本文提出了一种埋入式FBG传感测量技术,即利用低温黏接剂等特殊材料将FBG传感器封装至带材的一侧,且几乎不影响带材尺寸,待绕制成磁体结构后,FBG传感器自然地埋入至线圈层间,以测量结构内部的形变行为等。结合YBCO高温超导线圈固化材料及固化技术,研制了4种不同的埋入式FBG应变传感器,并对传感器进行了测试对比和精度分析,给出了相应的实验标定曲线,以探讨FBG传感器在制备过程中粘贴工艺、低温环境等对实验结果的影响。结果表明：在低温胶以及环氧树脂的正确封装和良好固化情况下,所研制的埋入式FBG传感器在室温和液氮温区下具有较高的测量精度,可应用于低温环境下双层超导带材结构内部的应变监测等;所研制的埋入与准分布式FBG传感器在低温...     

中国科学院近代物理研究所磁体工程进展概述(英文)

本文着重论述了中国科学院近代物理研究所目前正在研制的三大磁体工程,它们包括重离子治癌工程(HIMM),强流重离子加速器(HIAF)工程,以及加速器驱动次临界系统(ADS)。在HIMM工程中的常规磁体建设中,着重介绍了联合运用钝化槽与活极头两项技术改善磁场品质的设计方法,并且运用Opera-3D设计软件,对该类高场常规磁体进行了数值分析,进一步地测量了该磁体磁场分布情况,相关的测量结果与数值模拟结果吻合良好。而对于正在处于预研阶段的HIAF工程中的快脉冲超导二极磁体,讨论了超导磁体的前期设计与结构优化技术,包括CACC超导线缆的结构设计,80 K冷屏与线圈盒结构的优化,力-磁耦合结构计算方法等。而在嬗变核废料处理的C-ADS注入器II中,核心部件是具有高磁场(高达7～8 T)的多层复合超导螺线管磁体结构,介绍了其在励磁和失超过程中相关磁学和力学多场实验测试工作。这些相关的设计和测量技术将为中国科学院近代物理研究所自主研制的磁体工程的物理和结构设计提供方法和指导。     

Design of a superconducting magnet for CADS

This paper describes a superconducting magnet system for the China Accelerator Driven System (CADS). The magnetic field is provided by one main, two bucking and four racetrack coils. The main coil produces a central field of up to 7 T and the effective length is more than 140 mm, the two bucking coils can shield most of the fringe field, and the four racetrack superconducting coils produce the steering magnetic field. Its leakage field in the cavity zone is about 5× 10^-5 T when the shielding material Niobium and cryogenic permalloy are used as the Meissner shielding and passive shielding respectively. The quench calculations and protection system are also discussed.     

直接有限元法求解广义磁热弹二维旋转问题

为了验证直接有限元法求解广义磁热弹耦合旋转问题的有效性及准确性,该文基于Lord和Shulman(L-S)广义热弹性理论,采用直接有限元方法,求解了置于磁场中的旋转半无限大体受热冲击作用的动态响应问题.文中给出了L-S型广义磁热弹耦合旋转问题的控制方程,建立了L-S型广义磁热弹旋转问题的虚位移原理,推导得到了相应的有限...     

基于超声导波的高温超导体失超检测方法

失超检测是高温超导结构安全运行的基础, 失超的发生和传播往往伴随着超导结构内强烈的热变化. 为了检测失超过程中高温超导结构的热变化特征, 本文利用超声导波对温度的变化较为敏感这一特性设计了一种基于超声导波的失超检测方法, 并提出、发展了基于超声导波的时移变化率的失超检测准则. 相比于传统的电压失超检测方法, 该方法具有非侵入性、响应快速的优势, 且不易受环境电磁场干扰, 具有广阔的工程应用前景. 本文采用COMSOL Multiphysics 耦合场分析模块对该方法进行验证, 结果证实了该技术在高温超导结构失超检测中的可行性,进一步探讨了该技术在不同环境、不同传输电流下失超检测的可行性. 同时与传统的电压检测失超方法进行了对比分析, 说明了本方法的可靠性及优势, 有望为高温超导结构的失超检测提供一种高效的测量方法.     

极端低/变温环境下光纤布拉格光栅温度传感性能研究

将光纤布拉格光栅(FBG)传感器封装于特定的增敏材料中来提高低温灵敏度，在极端低/变温环境中开展了不同增敏工艺的FBG温度传感器实验研究。结果表明：采用合适增敏工艺的FBG温度传感器可用于极端环境(<77 K)的温度检测。     

超导线圈低/变温热膨胀系数预测与实验

为表征超导线圈低/变温环境热膨胀系数，首先基于细观力学有限元方法建立了超导线圈代表性体积元模型，并利用多项式函数赋予材料属性进一步完成低/变温环境热膨胀系数有限元预测，通过复合律公式计算出理论值验证了有限元模型的准确性。其次，基于应变片测量热膨胀系数的原理，搭建了超导线圈低/变温热膨胀系数测量系统，最后，针对常规材料热膨胀系数进行了实验测量，验证了搭建系统的可靠性。进一步地，基于上述基础表征研究，开展了超导线圈相关低温测量的实验研究，得到了极端低/变温环境下超导线圈热应变、热膨胀系数与温度之间明显的非线性关系，且实验测试结果与理论值吻合良好。该数值模型、实验方法与测试系统的成功发展一方面丰富了极端环境下材料热膨胀系数的表征方法，另一方面，将为我国各类大型超导磁体结构设计、制备与实验提供重要参数与热-力学基础测试平台。