CN220913996U - 一种离子源用传导冷却型超导磁体结构 - Google Patents
一种离子源用传导冷却型超导磁体结构 Download PDFInfo
- Publication number
- CN220913996U CN220913996U CN202420699674.4U CN202420699674U CN220913996U CN 220913996 U CN220913996 U CN 220913996U CN 202420699674 U CN202420699674 U CN 202420699674U CN 220913996 U CN220913996 U CN 220913996U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- cold
- cold guide
- superconducting coil
- ion source
- plate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000001816 cooling Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 abstract description 13
- 239000001307 helium Substances 0.000 abstract description 13
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 13
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 5
- 239000003292 glue Substances 0.000 abstract description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000002791 soaking Methods 0.000 abstract description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000002788 crimping Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
Abstract
本申请公开了一种离子源用传导冷却型超导磁体结构，涉及离子源用超导磁体冷却技术领域，包括：冷体组件；制冷机，与冷体组件连接，制冷机用于产生冷量并将冷量传输至冷体组件；冷体组件包括超导线圈、导冷片和导冷端板，导冷片通过低温胶均匀粘接在超导线圈表面，导冷端板设置在超导线圈的两侧，且导冷端板与导冷片导冷连接，制冷机的冷头与导冷端板导冷连接，以将冷量依次通过导冷端板和导冷片传输至超导线圈。本申请通过传导冷却代替液氦浸泡，降低了离子源用超导磁体在制作及维护过程中的成本。
Description
技术领域
本申请涉及离子源用超导磁体冷却技术领域，特别涉及一种离子源用传导冷却型超导磁体结构。
背景技术
ECR（电子回旋共振）离子源是一种等离子体设备，等离子体通过微波产生并加热，以提高等离子体中电子的横向能量，等离子体在移动过程中需要受到约束，这种约束是通过一种三维最小B磁场结构实现的。高电荷态等离子体是通过逐级碰撞电离产生，要产生强流高电荷态等离子束，需要高密度的等离子体，因此需要较高的磁场约束，所以需要超导磁体。
离子源用超导磁体在使用过程中需要极高稳定性，目前的离子源用超导磁体均使用液氦浸泡型超导磁体，其结构为超导线圈放置在氦槽腔内，外围设置冷屏，最外侧为外杜瓦。氦槽腔内充满液氦，保证超导线圈完全浸泡在液氦内，使超导线圈达到4.2K温区，外杜瓦与冷屏间夹层保持真空状态，制冷机维持液氦零挥发，使其可以长期使用。这种超导磁体需要使用大量液氦，且氦槽腔需要保证低温状态下不泄漏。在长期使用过程中，维护难度较大，若超导线圈或真空层出现问题需要将液氦排出回温才可维护，降温及维护成本较大。
实用新型内容
本申请实施例提供了一种离子源用传导冷却型超导磁体结构，用以解决现有技术中液氦浸泡型超导磁体的问题。
本申请实施例提供了一种离子源用传导冷却型超导磁体结构，包括：
冷体组件；
制冷机，与冷体组件连接，制冷机用于产生冷量并将冷量传输至冷体组件；
冷体组件包括超导线圈、导冷片和导冷端板，导冷片与超导线圈导冷连接，导冷端板设置在超导线圈的侧面，且导冷端板与导冷片导冷连接，制冷机的冷头与导冷端板导冷连接，以将冷量依次通过导冷端板和导冷片传输至超导线圈。
在一种可能的实现方式中，制冷机的冷头通过软连接件与导冷端板导冷连接。
在一种可能的实现方式中，软连接件通过导冷组件与制冷机的冷头导冷连接。
在一种可能的实现方式中，导冷端板的数量为两个，两个导冷端板分别设置在超导线圈的相对两侧，导冷片的两端分别与两个导冷端板导冷连接，两个导冷端板分别与一个导冷片导冷连接。
本申请中的一种离子源用传导冷却型超导磁体结构，具有以下优点：
通过传导冷却代替液氦浸泡，降低了离子源用超导磁体在制作及维护过程中的成本。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的超导磁体的立体结构示意图；
图2为本申请实施例提供的超导磁体的轴向剖面图；
图3为本申请实施例提供的超导磁体的径向剖面图；
图4为本申请实施例提供的导冷结构的示意图。
附图标号说明：1、底座；2、冷体组件；3、导冷组件；4、支撑组件；5、外杜瓦；6、冷屏；7、制冷机；8、导冷端板；9、软连接件；10、导冷片；11、超导线圈。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
图1-3为本申请实施例提供的超导磁体的结构示意图，图4为本申请实施例提供的导冷结构的示意图。本申请实施例提供了一种离子源用传导冷却型超导磁体结构，包括：
冷体组件2；
制冷机7，与冷体组件2连接，制冷机7用于产生冷量并将冷量传输至冷体组件2；
冷体组件2包括超导线圈11、导冷片10和导冷端板8，导冷片10与超导线圈11导冷连接，导冷端板8设置在超导线圈11的侧面，且导冷端板8与导冷片10导冷连接，制冷机7的冷头与导冷端板8导冷连接，以将冷量依次通过导冷端板8和导冷片10传输至超导线圈11。
示例性地，制冷机7可以采用GM（吉福特-麦克马洪）制冷机，其具有一级冷头和二级冷头，其中的二级冷头能够将超导线圈11冷却至4.2K附近，以使超导线圈11达到超导状态。超导线圈11卷绕在线圈骨架上，而导冷片10可以采用低温胶贴在超导线圈11的内侧面，即超导线圈11朝向线圈骨架的表面，也可以贴在超导线圈11的外侧面，即超导线圈11背对线圈骨架的表面。而导冷片10可以采用在低温下仍具有良好导热能力的材料，例如无氧铜或铝等。超导线圈11完成卷绕后将形成圆环筒状结构，导冷片10可以按照一定的间距均匀贴在超导线圈11上，且导冷片10的长度方向与超导线圈11形成的圆环筒的轴向平行，以使同一个导冷片10能够与尽可能多的超导线圈11连接。
导冷端板8采用无氧铜制成，其设置在超导线圈11的侧面，且导冷端板8与圆柱筒状的超导线圈11同轴，以使导冷片10从超导线圈11的表面伸出后能够与导冷端板8连接，而所有的导冷片10均与导冷端板8采用螺钉压接后，导冷端板8将会把超导线圈11通过导冷片10传输的热量收集起来，并传输至制冷机7的冷头，实现了对超导线圈11的冷却。
在本申请的实施例中，制冷机7的冷头通过软连接件9与导冷端板8导冷连接。由于导冷端板8处在竖直状态，如果将其与制冷机7的冷头直接连接，而二者的接触面将非常小，导热效果不佳。因此本申请还在冷头和导冷端板8之间设置了软连接件9，该软连接件9为无氧铜薄片，其下端与竖直状态的导冷端板8采用螺钉压接后，上端将水平延伸至冷头所处的位置，并与冷头导冷连接。
进一步地，软连接件9通过导冷组件3与制冷机7的冷头导冷连接。导冷组件3采用低温下高导热系数的材料制成，例如高纯无氧铜，其能够将软连接件9收集的热量传输至冷头。
在一种可能的实施例中，导冷端板8的数量为两个，两个导冷端板8分别设置在超导线圈11的相对两侧，导冷片10的两端分别与两个导冷端板8导冷连接，两个导冷端板8分别与一个导冷片10导冷连接。
示例性地，导冷片10的两端分别与一个导冷端板8连接后，可以使热量快速传输至就近的导冷端板8中，缩短了一部分热量的传输路径，提高了冷却的效率。
进一步地，制冷机7的数量也为两个，两个制冷机7的冷头分别与一个导冷片10导冷连接。采用两个制冷机7后，可以以更块的速度对超导线圈11进行冷却。
本申请实施例还提供了一种超导磁体，包括外杜瓦5、冷屏6和上述的导冷结构，导冷结构中的冷体组件2设置在冷屏6内部，冷屏6设置在外杜瓦5内部。
示例性地，外杜瓦5为密封结构，其漏率要求优于10-8mbar.L/s。外杜瓦5和冷屏6之间的空间处于真空状态，真空度要求优于10-4Pa，可以有效减少漏热。同时，还可以在冷屏6的外侧面上包裹多层绝热材料，以进一步减少漏热。
在本申请的实施例中，还包括支撑组件4，支撑组件4为伸缩结构，支撑组件4的主体设置在外杜瓦5上，支撑组件4的伸缩杆穿过外杜瓦5连接在冷屏6上。支撑组件4可以采用电动缸或气缸，可以在外杜瓦5上设置多个支撑组件4，当完成对超导磁体的组装后，可以先测量超导线圈11的励磁中心和机械中心的重合度，如果两个中心的偏差较大，可以对支撑组件4进行调节，带动冷屏6及其内部的超导线圈11移动，进而调节超导线圈11的轴线位置。在调节过程中，超导线圈11和冷屏6仅在径向上移动，而不会发生轴向移动，因此制冷机7被安装在外杜瓦5的外表面后，冷屏6与制冷机7的一级冷头接触的位置可以产生滑动，而软连接件9也将发生一定的形变，以适应超导线圈11和外杜瓦5之间的相对移动。
进一步地，还包括底座1，外杜瓦5固定设置在底座1上。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (4)
1.一种离子源用传导冷却型超导磁体结构，其特征在于，包括：
冷体组件（2）；
制冷机（7），与所述冷体组件（2）连接，所述制冷机（7）用于产生冷量并将冷量传输至所述冷体组件（2）；
所述冷体组件（2）包括超导线圈（11）、导冷片（10）和导冷端板（8），所述导冷片（10）与所述超导线圈（11）导冷连接，所述导冷端板（8）设置在所述超导线圈（11）的侧面，且所述导冷端板（8）与所述导冷片（10）导冷连接，所述制冷机（7）的冷头与所述导冷端板（8）导冷连接，以将冷量依次通过所述导冷端板（8）和导冷片（10）传输至所述超导线圈（11）。
2.根据权利要求1所述的一种离子源用传导冷却型超导磁体结构，其特征在于，所述制冷机（7）的冷头通过软连接件（9）与所述导冷端板（8）导冷连接。
3.根据权利要求2所述的一种离子源用传导冷却型超导磁体结构，其特征在于，所述软连接件（9）通过导冷组件（3）与所述制冷机（7）的冷头导冷连接。
4.根据权利要求2所述的一种离子源用传导冷却型超导磁体结构，其特征在于，所述导冷端板（8）的数量为两个，两个所述导冷端板（8）分别设置在所述超导线圈（11）的相对两侧，所述导冷片（10）的两端分别与两个所述导冷端板（8）导冷连接，两个所述导冷端板（8）分别与一个所述导冷片（10）导冷连接。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202420699674.4U CN220913996U (zh) | 2024-04-08 | 2024-04-08 | 一种离子源用传导冷却型超导磁体结构 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202420699674.4U CN220913996U (zh) | 2024-04-08 | 2024-04-08 | 一种离子源用传导冷却型超导磁体结构 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN220913996U true CN220913996U (zh) | 2024-05-07 |
Family
ID=90920865
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202420699674.4U Active CN220913996U (zh) | 2024-04-08 | 2024-04-08 | 一种离子源用传导冷却型超导磁体结构 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN220913996U (zh) |
-
2024
- 2024-04-08 CN CN202420699674.4U patent/CN220913996U/zh active Active
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20080115510A1 (en) | Cryostats including current leads for electronically powered equipment | |
| CN1619720B (zh) | 超导磁体的低涡流致冷剂回路 | |
| US10770211B2 (en) | Superconducting magnet system with cooling assembly | |
| CN104599805A (zh) | 一种太赫兹源的强磁聚焦磁体系统 | |
| CN103065759B (zh) | 一种超导磁体的支撑定位系统 | |
| CN114396825B (zh) | 一种用于极低温设备的两腔体式热传导开关及极低温设备 | |
| CN113053613A (zh) | 一种传导冷却式高温超导电动悬浮磁体结构 | |
| CN220913996U (zh) | 一种离子源用传导冷却型超导磁体结构 | |
| CN113611472B (zh) | 用于回旋加速器的超导磁体系统和具有其的回旋加速器 | |
| CN215069486U (zh) | 一种传导冷却式高温超导电动悬浮磁体结构 | |
| US6640552B1 (en) | Cryogenic superconductor cooling system | |
| CN114512295A (zh) | 一种高均匀磁场传导冷却超导磁体系统 | |
| CN211698154U (zh) | 一种超导磁体结构及磁共振设备 | |
| KR20160086682A (ko) | 전도냉각형 초전도자석 냉각 시스템 | |
| US20160180996A1 (en) | Superconducting magnet system | |
| JP4799757B2 (ja) | 超電導磁石 | |
| JP2010267661A (ja) | 超電導マグネット装置ユニット | |
| CN113035489A (zh) | 一种传导冷却的大型高温超导磁体结构 | |
| CN106558392B (zh) | 超导磁体冷却装置 | |
| CN218497880U (zh) | 一种超导磁体设备及放疗系统 | |
| CN113284691A (zh) | 一种节省液氦的零蒸发超导磁体系统 | |
| CN201846521U (zh) | 一种ecr离子源的蒸发冷却装置 | |
| JP2877495B2 (ja) | 磁気冷凍機 | |
| CN219631567U (zh) | 一种中心可调的超导磁体偏置恒温器 | |
| CN214705604U (zh) | 一种传导冷却的大型高温超导磁体结构 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |