CN103440953A

CN103440953A - 一种超导波荡器磁体

Info

Publication number: CN103440953A
Application number: CN2013104252702A
Authority: CN
Inventors: 张正臣; 许皆平; 崔剑; 李明; 徐俊杰; 郁静芳; 樊勇; 季现凯; 江勇
Original assignee: Shanghai Institute of Applied Physics of CAS
Current assignee: Shanghai Institute of Applied Physics of CAS
Priority date: 2013-09-17
Filing date: 2013-09-17
Publication date: 2013-12-11

Abstract

本发明涉及一种超导波荡器磁体，其包括：两列纵向间隔且平行排列的超导线圈阵列，每列所述超导线圈阵列包括一高导磁线圈骨架、轴向间隔地设置在所述高导磁线圈骨架上的n+1个磁极，以及由单根超导线绕制在所述高导磁线圈骨架表面而形成的位于两个相邻所述磁极之间的n组线圈，其中，n为自然数；以及向所述线圈供电的直流电源；其中，所述单根超导线在绕制时的进出线方向以使两个相邻所述线圈产生的磁场方向相反的方式设置。本发明通过使每列超导线圈阵列中的n组线圈由单根超导线绕成，从而使其运行电阻降低，从而有效降低了制冷费用，同时提高了运行稳定性；同时本发明可以通过调节线圈中所通电流的大小来改变超导波荡器磁体所产生的磁感应强度的大小。

Description

一种超导波荡器磁体

技术领域

本发明涉及一种超导波荡器磁体。

背景技术

波荡器是一种产生周期磁场的设备，是同步辐射装置和自由电子激光装置中的核心部件。当电子束通过波荡器产生的周期磁场时，发出的x射线发生干涉，从而得到高亮度的准单色光。

目前，同步辐射光源主要使用的是常温稀土永磁波荡器，其主要局限在于：其所能达到的磁感应强度较低，并且磁感应强度大小调节比较麻烦。导致上述局限的原因在于：常温稀土永磁波荡器受稀土永磁材料本身所能达到的最大剩磁限制，磁场强度大小已经达到了极限，最大可以达到0.9特斯拉；同时，常温稀土永磁波荡器的磁感应强度的大小需要通过机械结构调节永磁块之间的距离来调节，因此需要非常精密和复杂的机械调节机构来实现。此外，目前正在处于研究阶段的超导波荡器磁体中的线圈阵列通常包括多组相互之间通过超导接头连接的线圈，因此，这种结构的线圈阵列的运行电阻较高，从而需要更高的制冷费用，且运行稳定性差。

鉴于上述情况，目前需要对波荡器的磁体进行改进，以改进其性能。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种超导波荡器磁体，以克服现有的常温稀土永磁波荡器磁感应强度大小调节不灵活以及现有的超导波荡器磁体中存在超导接头的缺点，实现灵活调节磁感应强度大小，减少运行成本的目的，并且避免采用超导接头，以降低运行电阻。

本发明所述的一种超导波荡器磁体，其包括：

两列纵向间隔且平行排列的超导线圈阵列，每列所述超导线圈阵列包括一高导磁线圈骨架、轴向间隔地设置在所述高导磁线圈骨架上的n+1个磁极，以及由单根超导线绕制在所述高导磁线圈骨架表面而形成的位于两个相邻所述磁极之间的n组线圈，其中，n为自然数；以及向所述线圈供电的直流电源；其中，所述单根超导线在绕制时的进出线方向以使两个相邻所述线圈产生的磁场方向相反的方式设置。

在上述的超导波荡器磁体中，所述高导磁线圈骨架的表面上开设有用于嵌置所述磁极并绕制所述线圈的凹槽。

在上述的超导波荡器磁体中，所述两列超导线圈阵列沿纵向对齐设置。

在上述的超导波荡器磁体中，所述两列超导线圈阵列之间的间隙高度的取值范围为3～10mm。

在上述的超导波荡器磁体中，所述超导线为铌钛、铌三锡、铋锶钙铜氧或钇钡铜氧超导线。

在上述的超导波荡器磁体中，所述自然数n的取值范围为5～120。

由于采用了上述的技术解决方案，本发明通过采用单根超导线绕制形成每列超导线圈阵列中的n组线圈，从而使相邻的线圈之间省去了超导接头，因此使其运行电阻降低，从而有效降低了制冷费用，同时提高了运行稳定性；同时本发明通过采用直流电源向线圈供电，从而可以通过调节线圈中所通电流的大小来改变超导波荡器所产生的磁感应强度的大小，克服现有的常温稀土永磁波荡器磁感应强度大小调节不灵活的缺点。另外，本发明通过将两列超导线圈阵列对齐布置，从而可以使其所产生的磁场在两列超导线圈阵列中间位置互相加强。

附图说明

图1是本发明的一种超导波荡器磁体的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。

如图1所示，本发明，即一种超导波荡器磁体，包括：

两列纵向间隔且平行排列的超导线圈阵列1（图1中仅示出一列超导线圈阵列1），每列所述超导线圈阵列1包括一高导磁线圈骨架10、轴向间隔地设置在高导磁线圈骨架1上的n+1个磁极11，以及由单根超导线绕制在高导磁线圈骨架10表面而形成的位于两个相邻磁极11之间的n组线圈12，其中，n为自然数（n的取值范围一般为5～120）；在本实施例中，高导磁线圈骨架10的表面上开设有用于嵌置磁极11并绕制线圈12的凹槽13；以及

向线圈12供电的直流电源（图中未示），通过调节线圈12中所通电流的大小（即调节直流电源的大小）即可改变超导波荡器所产生的磁场强度的大小；

其中，单根超导线在绕制时的进出线方向以使两个相邻线圈12产生的磁场方向相反的方式设置；磁极11可将线圈12通电时所产生磁场引导至两列超导线圈阵列1之间的位置；在本实施例中，超导线可以为铌钛、铌三锡、铋锶钙铜氧或钇钡铜氧超导线。

本发明中，通过将两列超导线圈阵1列沿纵向对齐布置，可以使其在通电时所产生的磁场在两列超导线圈阵列中间位置互相加强；在本实施例中，两列超导线圈阵列1之间的间隙高度的取值范围为3～10mm。

本发明中，每个磁极11、该磁极11两侧相邻的两个线圈12、以及这两个线圈12两侧相邻的各半个磁极11（即，具有一半厚度的磁极）组成了波荡器的一个周期单元，每个周期单元的磁场周期长度的取值范围一般为5～20mm。

在本实施例中，以铌钛超导线绕制成线圈的超导波荡器为例，取n为5，取磁场周期长度为16mm，取磁隙（即两列超导线圈阵1之间的间隙高度）为6mm，每组磁极线圈组（由一个磁极11及与之相邻的一个线圈12组成）宽度为8mm，其中，线圈12的宽度为8mm；由于每组磁极线圈组形成一个磁场半周期，因此，磁场周期长度为8mm，且周期数为5。

在制造过程中，首先采用高导磁材料制成线圈骨架10，并在该高导磁线圈骨架10上加工出绕线所需的凹槽13，然后将单根超导线绕在该线圈骨架10上的凹槽13中，并在该凹槽13中布置磁极11，绕制超导线时，每层绕1股，层数可根据超导波荡器的磁感应强度参数而定，磁感应强度越大，则所需的层数也就越多，并且在绕线时需改变进出线方向以使相邻线圈12所产生的磁场方向相反。

在使用过程中，需要把超导线圈阵列1的线圈12放置在由液氦杜瓦和制冷机产生的低温环境中，温度低于超导材料的超导临界温度，以保证线圈12处于超导状态，然后采用直流电源通过电流引线给线圈12通电。线圈12产生的磁场被线圈12之间的磁极11引导到两列超导线圈阵列1之间的间隙（即束流通道区），从而形成周期磁场，用于偏转电子束。当电子束流从两列超导线圈阵列1之间通过时，发出的X射线发生干涉，从而得到高亮度的准单色光。

综上所述，本发明通过采用了特殊的绕线方法，使每列超导线圈阵列中的n组线圈由单根超导线绕成，从而使相邻的线圈之间省去了超导接头，因此使其运行电阻降低，从而有效降低了制冷费用，同时提高了运行稳定性；同时本发明通过采用直流电源向线圈供电，从而可以通过调节线圈中所通电流的大小来改变超导波荡器所产生的磁感应强度的大小。本发明适用于同步辐射装置和自由电子激光装置。

以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims

1.一种超导波荡器磁体，其特征在于，所述波荡器磁体包括：

2.根据权利要求1所述的超导波荡器磁体，其特征在于，所述高导磁线圈骨架的表面上开设有用于嵌置所述磁极并绕制所述线圈的凹槽。

3.根据权利要求1所述的超导波荡器磁体，其特征在于，所述两列超导线圈阵列沿纵向对齐设置。

4.根据权利要求1、2或3所述的超导波荡器磁体，其特征在于，所述两列超导线圈阵列之间的间隙高度的取值范围为3～10mm。

5.根据权利要求1、2或3所述的超导波荡器磁体，其特征在于，所述超导线为铌钛、铌三锡、铋锶钙铜氧或钇钡铜氧超导线。

6.根据权利要求1所述的超导波荡器磁体，其特征在于，所述自然数n的取值范围为5～120。