RU130748U1 - Сверхпроводящий быстроциклирующий секступольный магнит коррекции резонансов - Google Patents
Сверхпроводящий быстроциклирующий секступольный магнит коррекции резонансов Download PDFInfo
- Publication number
- RU130748U1 RU130748U1 RU2012143222/07U RU2012143222U RU130748U1 RU 130748 U1 RU130748 U1 RU 130748U1 RU 2012143222/07 U RU2012143222/07 U RU 2012143222/07U RU 2012143222 U RU2012143222 U RU 2012143222U RU 130748 U1 RU130748 U1 RU 130748U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- superconducting
- magnet
- winding
- superconductive
- sexual
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Particle Accelerators (AREA)
Abstract
Сверхпроводящий быстроциклирующий секступольный магнит коррекции резонансов, отличающийся тем, что в полюсах магнита используются ферромагнитные вставки, магнитопровод выполняет также и функцию бандажа, а токонесущий элемент состоит из сверхпроводящего кабеля прямоугольного сечения, сформированного из твистированных сверхпроводящих проводов, в которых дополнительно твистированы сверхпроводящие волокна диаметром 3-4 мкм.
Description
Настоящая полезная модель относится к области ускорительной техники, а именно к конструкциям корректирующих сверхпроводящих магнитов, создающих быстропеременные магнитные поля в треугольных повторяющихся циклах и предназначенных для коррекции резонансов, возникающих при ускорении пучка заряженных частиц. Такие секступольные магниты могут быть использованы в новом поколении быстроциклирующих ускорительных комплексов заряженных частиц, а также в медицинских ускорителях.
Известны сверхпроводящие корректирующие секступольные магниты, работающие в медленноменяющихся магнитных полях, например секступольные магниты Большого адронного коллайдера ["Superconducting Sextupole Corrector Magnet for the LHC Main Dipoles", LHC Project Report 27, 1996.]. Эти магниты состоят из обмоточного блока и магнитопровода, который увеличивает поле в апертуре магнита и экранирует внешнее пространство от магнитных полей. Обмоточный блок выполнен в форме седловидной обмотки, расположенной на цилиндрической поверхности и намотан кабелем трапециевидного сечения. Кабель (витки) изготавливается из сверхпроводящих проволок, транспонированных в продольном направлении для уменьшения потерь в обмотке.
Недостатками таких магнитов является то, что они предназначены для работы в медленно изменяющихся магнитных полях со временем нарастания магнитного поля в несколько десятков секунд. Данные магниты не могут работать в быстроциклирующих магнитных полях с уменьшением времени изменения магнитного поля до нескольких секунд. Указанный недостаток обусловлен тем, что при повышении скорости изменения магнитного поля резко увеличиваются тепловыделения, генерируемые в обмоточном блоке, бандаже и магнитопроводе и магниты переходят в нормальное состояние. Надо отметить, что секступольный магнит для LHC работает при температуре 1.9 К, при которой эксплуатационные расходы завышены.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является разработка конструкции магнита с большой апертурой, позволяющая резко уменьшить тепловые потери в сверхпроводящей обмотке и других элементах магнита на переменных токах и обеспечить надежность конструкции магнита, что позволяет использовать эти магниты в быстроциклирующих магнитных полях со временем нарастания поля меньше одной секунды.
Техническим результатом настоящей полезной модели является достижение силы магнита 325 Тл/м2 в большой апертуре с диаметром 125 мм при времени нарастания магнитного поля 0.5 сек в повторяющихся треугольных циклах.
Технический результат полезной модели обеспечивается за счет:
1. разработки нового токонесущего элемента, позволяющего снизить тепловыделения в обмотке;
2. введения ферромагнитных вставок между полюсов магнита, которые на порядок увеличивают скорость изменения магнитного поля в апертуре магнита, снижают расход сверхпроводника и уменьшают тепловыделения в обмотке;
3. изготовления магнитного экрана из тонких ламинированных пластин специальной электротехнической стали марки 2212 толщиной 0.5 мм с целью снижения гистерезисных и вихревых тепловыделений в магнитопроводе; магнитопровод также выполняет и функцию бандажа, что позволяет максимально приблизить экран к обмотке, уменьшить расход сверхпроводника, массу магнита и его габариты.
Сущность полезной модели поясняется чертежом. На фиг.1 изображено поперечное сечение секступольного корректирующего магнита коррекции резонансов. Магнит состоит из 4-х слойной обмотки - 7; ферромагнитных вставок - 1; магнитного экрана - 8, разделенного на две части; стягивающих скоб - 6 и стальной наружной оболочки - 4. Для фиксации магнитопровода в процессе сборки в медианной плоскости имеются стержни - 5. Магнитопровод в продольном направлении стягивается с помощью изолированных стержней - 3, помещаемых в трубы - 2. Изолированные стержни необходимы для уменьшения контура паразитных вихревых токов, возникающих в магнитопроводе при вводе тока.
Обмоточный блок (7) на специальном приспособлении наматывается сверхпроводящим кабелем прямоугольного сечения, изготовленным из сверхпроводящего провода, состоящего из сверхпроводящих волокон диаметром 3-4 мкм (диаметр обычных волокон сверхпроводящего провода 6-10 мкм) и дополнительно твистированых с шагом твиста 4 мм, разработанных специально для работы в быстроциклирующих магнитных полях. Витки обмоточного блока укладываются в поперечном сечении вдоль дуг окружности с угловыми размерами, позволяющими создать высокое качество поля в апертуре. Между полюсами обмоточных блоков вставляются ферромагнитные прокладки из электротехнической стали 2212 (1). Магнитопровод (8), выполненный из ламинированных пластин стали 2212 и состоящий из верхней и нижней половин, накладывается на обмоточный блок и фиксируется стягивающими скобами (6). В медианной плоскости магнитопровод юстируется с помощью стержней (5). В продольном направлении магнитопровод стягивается изолированными шпильками и гайками (3), вставленными в специальную трубу (2). Обмотка с магнитопроводом заключается в стальную наружную оболочку (4). Вся конструкция помещается под пресс для создания необходимого смыкания верхней и нижней частей магнитопровода. Под прессом наружная оболочка сваривается, при этом в обмоточном блоке создаются механические напряжения, не позволяющие обмоточному блоку расслабиться в процессе захолаживания магнита и его эксплуатации.
Сверхпроводящий секступольный магнит работает следующим образом: при вводе тока в магнит при криогенных температурах создается магнитное поле, в результате которого возникают пондеромоторные силы, которые стремятся расширить обмоточный блок в радиальном направлении и сжать его в азимутальном направлении. Магнитопровод, заключенный в наружную оболочку, сдерживает движение обмотки в радиальном направлении, а предварительные механические напряжения, созданные в обмоточном блоке при сборке, не позволяют обмотке двигаться в азимутальном направлении. При вводе тока в каждом элементе магнита возникают паразитные вихревые токи, вызывающие их нагрев. Кроме того, в обмотке и магнитопроводе появляются и гистерезисные потери, конвертируемые в тепло. Специально выбранный токонесущий элемент обмоточного блока, а также материал электротехнической стали магнитопровода позволяют снизить тепловыделения в магните до приемлемой величины 1.8 Дж в треугольном цикле со временем нарастания поля 0.5 сек.
Сравнение основных параметров наиболее близкого по конструкции секступольного магнита (ЦЕРН) с предлагаемой полезной моделью (ИФВЭ) представлено в следующей таблице:
Параметр | ЦЕРН | ИФВЭ |
Диаметр обмотки, мм | 56 | 125 |
Рабочая температура, К | 1.9 | 4.6 |
Время ввода тока, сек | 125 | 0.5 |
Материал межполюсных вставок | Стеклотекстолит | Ферромагнетик |
Материал магнитопровода | Сталь М45 | Сталь 2212 |
Коэрцитивная сила, А/м | 100 | 60 |
Расстояние между обмоткой и магнитопроводом, мм | 2.5 | 1.0 |
Диаметр сверхпроводящих нитей, мкм | 7.0 | 3.5 |
Предлагаемая полезная модель рассчитана на криогенную температуру 4.6 К, при которой эксплуатационные расходы гораздо ниже. Вторая особенность полезной модели - при увеличении диаметра апертуры обмотки и области хорошего поля значительно легче добиться высокого качества поля в полезной области секступоля.
Claims (1)
- Сверхпроводящий быстроциклирующий секступольный магнит коррекции резонансов, отличающийся тем, что в полюсах магнита используются ферромагнитные вставки, магнитопровод выполняет также и функцию бандажа, а токонесущий элемент состоит из сверхпроводящего кабеля прямоугольного сечения, сформированного из твистированных сверхпроводящих проводов, в которых дополнительно твистированы сверхпроводящие волокна диаметром 3-4 мкм.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012143222/07U RU130748U1 (ru) | 2012-10-09 | 2012-10-09 | Сверхпроводящий быстроциклирующий секступольный магнит коррекции резонансов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012143222/07U RU130748U1 (ru) | 2012-10-09 | 2012-10-09 | Сверхпроводящий быстроциклирующий секступольный магнит коррекции резонансов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU130748U1 true RU130748U1 (ru) | 2013-07-27 |
Family
ID=49156068
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012143222/07U RU130748U1 (ru) | 2012-10-09 | 2012-10-09 | Сверхпроводящий быстроциклирующий секступольный магнит коррекции резонансов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU130748U1 (ru) |
-
2012
- 2012-10-09 RU RU2012143222/07U patent/RU130748U1/ru active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Khodzhibagiyan et al. | Superconducting magnets for the NICA accelerator collider complex | |
Xu et al. | 20-T dipole magnet with common-coil configuration: main characteristics and challenges | |
TW201304619A (zh) | 小型低溫超導之等時迴旋加速器 | |
CN105304262A (zh) | 一种用于交流磁场的高温超导线圈装置 | |
RU130748U1 (ru) | Сверхпроводящий быстроциклирующий секступольный магнит коррекции резонансов | |
Khodzhibagiyan et al. | Status of the design and test of superconducting magnets for the NICA project | |
Zlobin et al. | Advantage and Challenges of $ Nb_3Sn $ Superconducting Undulators | |
Fischer et al. | Status of the superconducting magnets for FAIR | |
CN102930916A (zh) | 一种高温超导跑道线圈阵列型波荡器 | |
Khodzhibagiyan et al. | Prototype superconducting magnets for the NICA accelerator complex | |
Schmüser | The electron-proton colliding beam facility HERA | |
Khodzhibagiyan et al. | Status of the development of superconducting magnets for the NICA project | |
Wang et al. | Superconducting magnet technology and applications | |
Schoerling | Superconducting wiggler magnets for beam-emittance damping rings | |
Muller | Design, production, and testing of superconducting magnets for the super-FRS | |
Mierau | 3d Static and Dynamic Field Quality Calculations for Superconducting SIS 100 Corrector Magnets | |
CN102945722B (zh) | 一种二硼化镁超导波荡器 | |
Kim et al. | Magnet designs of the in-flight fragment separator for the RISP | |
Ohuchi et al. | Design and construction of the proto-type quadrupole magnets for the SuperKEKB interaction region | |
Rossi et al. | Nb3Sn Accelerator Magnets: The Early Days (1960s–1980s) | |
Shen et al. | Superconducting quadrupole magnet R&D in the interaction region of CEPC | |
Weng et al. | Recent development of magnet technology in China: Large devices for fusion and other applications | |
McIntyre et al. | Ultra-high-field magnets for future hadron colliders | |
Sampson et al. | ISABELLE QIJADRUPOlES | |
Zhang et al. | Structural analysis of superconducting dipole prototype for HIAF |