[发明专利]一种用于空间超导磁体的拉杆

说明书

技术领域

本发明涉及一种超导磁体拉杆，特别涉及用于空间超导磁体的拉杆。

背景技术

磁谱仪是高能物理研究中的一种常用的粒子探测器，它可以测量带电粒子在磁场中的偏转，得到地球大气外层空间中高能宇宙线的能谱，并能测定宇宙射线中各元素和同位素的含量。磁谱仪对物质的超灵敏度特性有助于对暗物质和反物质的空间探索，并可能带来粒子物理学的新突破。磁谱仪的核心部件是永磁体或超导磁体。与永磁体相比，超导磁体具有体积小、重量轻、能耗低和磁场强度高的优点。超导磁体体积小、重量轻、能耗低的优点有利于磁谱仪在太空中的运行，磁场强度高的优点能够提高磁谱仪粒子探测的灵敏度。因此，超导磁体越来越广泛地应用于空间探测中。比如，新一代阿尔法磁谱仪(AMS-02)就采用了超导磁体，中心磁场达0.87特斯拉。

空间超导磁体工作在低温环境中。空间超导磁体的线圈层数较少，属于大型薄壁超导磁体，磁体表面布有盘管。空间超导磁体的冷却方式为液氦非接触冷却，液氦在盘管中流动，通过盘管与磁体的接触来冷却磁体。为保持低温环境，空间超导磁体还必须处于密闭的真空容器中，通过拉杆与真空容器连接。

拉杆的作用是将空间超导磁体悬挂在真空容器内。首先，拉杆必须要有很好的力学特性，比如刚度大、长度短以及横截面积大，以承受航天器发射和降落时的大加速度力。另外，为了保证空间超导磁体的低温工作环境以及保证磁体在太空站中的运行时间，真空容器通过拉杆传导给磁体的漏热必须尽量小。低导热要求拉杆刚度小、长度长以及横截面积小。显然，拉杆的力学特性和导热特性要求相互矛盾。因此，拉杆对于空间超导磁体的安全稳定运行具有非常重要的作用。

发明内容

本发明的目的是克服现有拉杆力学特性和导热特性要求难以调和的缺点，提供一种超导磁体的拉杆。该拉杆尤其适用于空间超导磁体，可同时满足拉杆力学特性和导热特性的要求。

本发明拉杆主要由四段拉杆组成，分别是冷端拉杆、中间段外拉杆、中间段内拉杆和热端拉杆。冷端拉杆的一端与空间超导磁体连接，冷端拉杆的另一端与冷端H型夹的近磁体端连接。中间段外拉杆的一端与冷端H型夹的中部连接，中间段外拉杆的另一端则与热端H型夹的中部连接。中间段内拉杆处于中间段外拉杆的内部，两者的中心水平线重合。中间段内拉杆的一端与冷端H型夹的远磁体端连接，中间段内拉杆的另一端与热端H型夹的近磁体端连接。热端拉杆的一端与热端H型夹的远磁体端连接，热端拉杆的另一端与热端固定装置连接，而热端固定装置与空间超导磁体的真空容器连接。

如前所述，冷端拉杆、中间段外拉杆、中间段内拉杆和热端拉杆四段拉杆通过冷端H型夹和热端H型夹连接成一个整体。冷端H型夹和热端H型夹均为不锈钢材料制成，呈H形状。冷端H型夹有三个销孔，其近磁体端销孔、中部销孔、远磁体端销孔分别与第二大支撑套、第三大支撑套、第一小支撑套的销孔同心，并且孔径分别对应一致。热端H型夹也有三个销孔，其近磁体端销孔、远磁体端销孔分别与第二小支撑套、第四大支撑套的销孔同心，并且孔径分别对应一致。热端H型夹的中部销孔与被动脱离装置的拱门形销孔对应。

所述的冷端拉杆采用高强度的碳纤维材料制成，为跑道形。冷端拉杆的两端圆弧内侧分别装有第一大支撑套和第二大支撑套。第一大支撑套和第二大支撑套采用不锈钢材料制成，为圆柱形。圆柱形的第一大支撑套和第二大支撑套的圆半径与冷端拉杆两端的内圆弧半径一致，第一大支撑套和第二大支撑套的中心开有销孔用于穿销钉。冷端拉杆两个圆弧端与第一大支撑套、第二大支撑套的接触面上粘贴有Teflon薄膜，以减轻磨损。一颗销钉从第一大支撑套的销孔穿过，并穿过位于空间超导磁体表面的拉杆固定装置的销孔，从而使冷端拉杆的一端与空间超导磁体连接。另一颗销钉从第二大支撑套的销孔穿过，并穿过冷端H型夹的近磁体端销孔，从而使冷端拉杆的另一端与冷端H型夹的近磁体端连接。