[发明专利]内插YBCO-Bitter型高温超导线圈的超导磁体系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种高磁场超导磁体系统，特别涉及一种用于产生极高磁场的内插YBCO-Bitter型高温超导线圈的超导磁体系统。

背景技术

高磁场超导磁体主要应用于工业和科学仪器等方面。通常使用NbTi和Nb₃Sn材料组合的超导磁体系统可以产生高磁场，当温度为4K时最高磁场可以达到18T，降低线圈的运行温度到2.2K时，磁体中心磁场达到21T。近年来，由于高电流密度的Nb₃Sn超导线材的研制成功，当线圈的运行温度1.8K时，超导磁体可以提供的最大磁场达到22.3T。使用高温超导线圈作为内插线圈，例如，Bi2223和Bi2212带材制成内插线圈，可提供的最大磁场达到25T，使用YBCO(钇钡铜氧化物)高温超导涂层制成的内插线圈可使超导磁体的最大磁场达到26.8T。上述线圈结构由于使用带材绕制，需通过电流引线和电源连接，因而有低温热负荷较大、磁场的稳定度较差。为了提高NbTi和Nb₃Sn组合形成的超导线圈的中心磁场，需要发展具有较高磁场稳定度的内插高温超导线圈，以提高超导磁体的中心磁场可达到25T。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有内插高温超导线圈的超导磁体低温热负荷较大，磁场的稳定度较差的不足，本发明提出一种内插YBCO-Bitter型高温超导线圈的超导磁体系统，该系统不仅磁场高，而且低温热负荷小，磁场稳定。

本发明提出一种新型的内插高温超导线圈，用YBCO高温超导块制成YBCO环状片，多片YBCO环状片叠加形成内插高温超导线圈，在外磁场磁化条件下形成较高的俘获磁场。由于线圈是由多片YBCO环状片叠加组合而成，其结构与Bitter电阻磁体具有相同的结构，因此称为内插YBCO-Bitter型高温超导线圈。这种线圈是通过磁化具有较高上临界磁场的YBCO超导块俘获磁通，因此不需要电流引线，可以减小磁体系统的漏热，产生稳定的磁场。

本发明由内插YBCO-Bitter型高温超导线圈、低温容器、NbTi和Nb3Sn组成的外围超导线圈、外围超导线圈的低温容器和外支撑结构组成。内插YBCO-Bitter型高温超导线圈位于低温容器中，低温容器内充有液氦，高温超导线圈周围由液氦冷却到4K运行温度。YBCO环状片嵌套在不锈钢环内，每片YBCO环状片之间设置镀有氮化铝薄膜的高纯铜环片。多片YBCO环状片和多片高纯铜环片沿同一轴向叠加在一起，通过不锈钢中心孔管和端部法兰组装在一起，用环氧树脂浸泡后固化成整体，形成刚性很高的螺管形的内插YBCO-Bitter型高温超导线圈。该线圈直接插在由NbTi和Nb3Sn组成的外围超导线圈的内孔，形成NbTi、Nb3Sn和YBCO三种材料组成的高磁场超导磁体系统，该超导磁体系统中心磁场可以达到25T-30T。

本发明利用YBCO高温超导体在4K时具有较高上临界磁场和较高的俘获磁场的特点。使用YBCO环状片叠加，YBCO环状片之间放置镀有氮化铝薄膜的高纯铜环片，改善磁体的传热特性，形成较好的冷却效果阻止YBCO环状片失超，改善磁体运行的稳定性，从而产生所谓的YBCO-Bitter型线圈结构。本发明可以简化内插超导线圈的超导磁体系统的结构和运行的操作程序，实现稳定运行的磁场，并且能够减小系统运行的费用。

本发明为提高YBCO-Bitter型高温超导线圈的俘获磁场，将YBCO-Bitter型高温超导线圈运行在4K的低温环境之中，以提高内插超导线圈的运行电流密度和磁体抗磁热干扰的能力。