【摘要】：目前,大型加速器所用超導(dǎo)磁體通常采用Cos-theta型或跑道型線圈結(jié)構(gòu),存在繞制困難、應(yīng)力累積大、線圈加固和成型工藝復(fù)雜、加工成本高等缺點(diǎn)。隨著超導(dǎo)磁體技術(shù)的快速發(fā)展,尋求一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、磁場(chǎng)分布好且運(yùn)行穩(wěn)定的線圈形式,對(duì)于發(fā)展更高磁場(chǎng)、更緊湊結(jié)構(gòu)和更低成本的未來加速器超導(dǎo)磁體具有重大意義。斜螺線管型線圈結(jié)構(gòu)(Canted-Cosine-Theta,CCT)具有磁場(chǎng)品質(zhì)優(yōu)越、機(jī)械性能突出、繞制工藝簡(jiǎn)單、加工成本低等優(yōu)點(diǎn),國際上多家加速器實(shí)驗(yàn)室(CERN、LBNL、PSI)已開展該技術(shù)的研究工作。針對(duì)近物所大科學(xué)裝置HIAF、CiADS的需求,并結(jié)合醫(yī)用Gantry磁體的發(fā)展方向,論文從小型樣機(jī)磁體的研制入手,借鑒前期CCT相關(guān)項(xiàng)目研制經(jīng)驗(yàn),詳細(xì)對(duì)CCT超導(dǎo)四極磁體的電磁、結(jié)構(gòu)等方面展開研究,掌握磁體從設(shè)計(jì)、加工、繞制到裝配成型等關(guān)鍵技術(shù),為未來該類型超導(dǎo)磁體(多極和組合功能型)的發(fā)展提供一個(gè)全新思路。圍繞該新型線圈結(jié)構(gòu),開展以下內(nèi)容的研究:(1)CCT線圈磁場(chǎng)仿真方法研究。通過對(duì)CCT線圈參數(shù)方程的推導(dǎo),得到線圈繞組與磁場(chǎng)之間的解析表達(dá)式,并分別介紹了CCT二極、四極及組合功能型磁體產(chǎn)生磁場(chǎng)的機(jī)理;對(duì)于CCT線圈磁場(chǎng)計(jì)算,給出了兩種計(jì)算方法:解析法和有限元方法。結(jié)合兩種方法的優(yōu)勢(shì),利用專業(yè)磁場(chǎng)仿真程序,發(fā)展了一套CCT磁體高效、精確磁場(chǎng)設(shè)計(jì)方法。(2)CCT線圈參數(shù)優(yōu)化與誤差分析研究。通過分析不同CCT線圈組合產(chǎn)生的磁場(chǎng)分布,得到一種最優(yōu)線圈組合方案:RL+LR(LR+RL);闡述了CCT磁體在設(shè)計(jì)過程中需要考慮的因素,包括:最小傾斜角、磁場(chǎng)、場(chǎng)增益系數(shù)和超導(dǎo)線用量等。通過分析各參數(shù)與傾斜角的關(guān)系,將積分場(chǎng)作為優(yōu)化目標(biāo),得到CCT磁體最優(yōu)的傾斜角。由于CCT線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)與電流路徑直接相關(guān),文中基于拉丁超立方抽樣方法分析了線圈繞制誤差和裝配誤差對(duì)磁場(chǎng)性能的影響。(3)提出了三種CCT線圈實(shí)現(xiàn)方案:槽內(nèi)電纜、槽內(nèi)導(dǎo)線和槽內(nèi)多線圈。通過不同工藝方案的探索,最終確定了槽內(nèi)多線圈技術(shù),并成功研制了一臺(tái)CCT超導(dǎo)四極磁體樣機(jī)�；谑С瑐鞑ニ俣群陀邢拊獌煞N方法對(duì)該磁體進(jìn)行了數(shù)值模擬。最后,對(duì)CCT超導(dǎo)四極磁體進(jìn)行了低溫測(cè)試和性能評(píng)估。本論文通過完成國內(nèi)首臺(tái)CCT超導(dǎo)四極磁體樣機(jī),掌握了該類超導(dǎo)磁體的設(shè)計(jì)方法、技術(shù)路線和工藝參數(shù),為后續(xù)大科學(xué)裝置項(xiàng)目中該類型超導(dǎo)磁體的應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院近代物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TL50
【圖文】：

osine-Theta，CCT）的特點(diǎn)，并對(duì)國際上斜螺線管型線圈在超用治療裝置領(lǐng)域的發(fā)展進(jìn)行了簡(jiǎn)要的回顧，最后對(duì)本博士論文方法及結(jié)果做了簡(jiǎn)要說明。景及選題意義重離子加速器（HIAF）離子加速器裝置 HIAF（High Intensity Heavy-ion Accelerator代物理研究所 十二五 重大工程項(xiàng)目，它是集強(qiáng)流超導(dǎo)直線加環(huán)的先進(jìn)研究裝置，完美結(jié)合了直線加速器的高脈沖流強(qiáng)和同特點(diǎn)，采用了國際上最先進(jìn)的強(qiáng)流離子源、超導(dǎo)直線加速、束流術(shù)，其主要目標(biāo)是認(rèn)識(shí)原子核內(nèi)有效相互作用、理解宇宙中從源、研究高能量密度物質(zhì)性質(zhì)、解決我國空間探索和核能開發(fā)相關(guān)等重大前沿科學(xué)問題[1]。

短壽命核素高精度質(zhì)量測(cè)量方面，HIAF 將是國際上最先進(jìn)的加速器裝HIAF 磁體系統(tǒng)將采用超導(dǎo)磁體與常溫磁體相結(jié)合的方式，其中，超導(dǎo)一種新型的斜螺線管型線圈結(jié)構(gòu)，作為磁體系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主選方案。本論HIAF 項(xiàng)目，開展斜螺線管型超導(dǎo)磁體樣機(jī)預(yù)研工作，通過一套完整超導(dǎo)系統(tǒng)的研制，掌握基于斜螺線管型線圈的關(guān)鍵技術(shù)和工藝路線，為未來型超導(dǎo)磁體在加速器裝置領(lǐng)域的應(yīng)用提供寶貴的參考價(jià)值。.2 醫(yī)用超導(dǎo) Gantry 系統(tǒng)重離子和質(zhì)子治療裝置中的旋轉(zhuǎn)機(jī)架（Gantry），能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)放射性束度旋轉(zhuǎn)，結(jié)合對(duì)病人的水平旋轉(zhuǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)4π全立體角供束，是最為理終端[2]（見圖1.2）。相對(duì)于常規(guī)的水平和垂直治療終端，Gantry能夠提更可靠的治療方案，最大程度地減少對(duì)健康敏感器官的輻射劑量[3]（見圖

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 ;西安聚能超導(dǎo)磁體科技有限公司[J];稀有金屬材料與工程;2016年02期

2 ;西安聚能超導(dǎo)磁體科技有限公司[J];稀有金屬材料與工程;2016年04期

3 ;西安聚能超導(dǎo)磁體科技有限公司[J];稀有金屬材料與工程;2016年08期

4 ;打破技術(shù)壟斷 國產(chǎn)商用1.5T超導(dǎo)磁體實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化[J];硅谷;2011年05期

5 宋曉衛(wèi);戴銀明;王秋良;王暉;宋守森;;基于ANSYS的傳導(dǎo)冷卻超導(dǎo)磁體系統(tǒng)的熱分析[J];低溫與超導(dǎo);2010年03期

6 須磊;;超導(dǎo)磁體及其應(yīng)用[J];現(xiàn)代物理知識(shí);2006年02期

7 崔益民,潘皖江,武松濤;聚酰亞胺薄膜在大型低溫超導(dǎo)磁體中的應(yīng)用[J];絕緣材料;2002年05期

8 ;利用超導(dǎo)磁體清除廢水中的磷酸鹽[J];現(xiàn)代化工;2000年03期

9 ;世界上一個(gè)不用低溫冷卻劑的工業(yè)用超導(dǎo)磁體[J];稀有金屬材料與工程;1996年02期

10 耿戰(zhàn)修;我國研制成功大型鞍式超導(dǎo)磁體[J];高技術(shù)通訊;1997年03期

中國重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 彭海東;張慶福;;密繞超導(dǎo)磁體的穩(wěn)態(tài)穩(wěn)定分析[A];數(shù)學(xué)·物理·力學(xué)·高新技術(shù)研究進(jìn)展（一九九六·第六期）——中國數(shù)學(xué)力學(xué)物理學(xué)高新技術(shù)交叉研究會(huì)第6屆學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];1996年

2 崔益民;潘皖江;武松濤;萬元熙;;大型超導(dǎo)磁體低溫膠的研究分析[A];第五屆全國低溫工程大會(huì)論文集[C];2001年

3 關(guān)明智;王省哲;辛燦杰;馬力禎;;超導(dǎo)磁體結(jié)構(gòu)的多場(chǎng)環(huán)境下的力學(xué)測(cè)量與分析[A];第十三屆全國實(shí)驗(yàn)力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2012年

4 劉安明;汪少華;;超導(dǎo)磁體低溫真空的特點(diǎn)及泄漏對(duì)真空的影響[A];第二屆全國真空檢漏技術(shù)工業(yè)應(yīng)用研討會(huì)論文集[C];2000年

5 劉安明;汪少華;;超導(dǎo)磁體低溫真空的特點(diǎn)及泄漏對(duì)真空的影響[A];中國真空學(xué)會(huì)質(zhì)譜與檢漏專委會(huì)第十屆年會(huì)及中國計(jì)量測(cè)試學(xué)會(huì)真空校準(zhǔn)專委會(huì)第五屆年會(huì)論文（摘要）集[C];2001年

6 鄭振耀;談軍;李潔;江德智;陳海波;陳忠;葉朝輝;;基于FPGA和以太網(wǎng)的超導(dǎo)磁體高精度室溫勻場(chǎng)電源[A];第十六屆全國波譜學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2010年

7 鄧曙光;楊高;鄭軍;唐文彬;;“跑道型”高溫超導(dǎo)磁體臨界電流的計(jì)算[A];湖北省電工技術(shù)學(xué)會(huì)、武漢電工技術(shù)學(xué)會(huì)2008年學(xué)術(shù)年會(huì)暨理事會(huì)換屆大會(huì)論文集[C];2008年

8 江德智;陳海波;李潔;鄭振耀;陳忠;;基于以太網(wǎng)通信的超導(dǎo)磁體高精度室溫勻場(chǎng)電源[A];第十六屆全國波譜學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2010年

9 周又和;;ITER超導(dǎo)磁體設(shè)計(jì)與制備中的若干關(guān)鍵力學(xué)問題[A];中國力學(xué)大會(huì)——2013論文摘要集[C];2013年

10 鄭曉靜;楊緒普;周又和;;聚變反應(yīng)堆超導(dǎo)磁體電磁彈性動(dòng)力穩(wěn)定性的定量分析[A];計(jì)算力學(xué)研究與進(jìn)展——中國力學(xué)學(xué)會(huì)青年工作委員會(huì)第三屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];1999年

中國重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 記者 汪永安;我國成功研制ITER大型超導(dǎo)磁體系統(tǒng)首個(gè)部件[N];安徽日?qǐng)?bào);2017年

2 記者 吳長鋒;我成功研制ITER大型超導(dǎo)磁體系統(tǒng)首個(gè)部件[N];科技日?qǐng)?bào);2017年

3 葉華龍;我國成功研制ITER超導(dǎo)磁體系統(tǒng)首個(gè)部件[N];中國能源報(bào);2017年

4 記者 陳強(qiáng) 通訊員 陳昕;太鋼不銹鋼助力ITER超導(dǎo)磁體系統(tǒng)[N];中國冶金報(bào);2017年

5 記者 李大慶;中科院高能所超導(dǎo)磁體技術(shù)中心成立[N];科技日?qǐng)?bào);2010年

6 齊芳;我國已具備自行設(shè)計(jì)制造大型低溫超導(dǎo)磁體能力[N];光明日?qǐng)?bào);2007年

7 本報(bào)記者 陶映荃;超導(dǎo)磁體技術(shù)國產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化實(shí)現(xiàn)新突破[N];工人日?qǐng)?bào);2010年

8 記者 毛慶　通訊員 杜瑋;海歸博士造出超導(dǎo)磁體[N];南京日?qǐng)?bào);2010年

9 記者 張立;推動(dòng)超導(dǎo)磁體技術(shù)發(fā)展[N];中國礦業(yè)報(bào);2010年

10 記者 祁豆豆;1.5T超導(dǎo)磁體問世 辰光醫(yī)療突破進(jìn)口替代[N];上海證券報(bào);2015年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 梁羽;斜螺線管型超導(dǎo)磁體的研制[D];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院近代物理研究所);2018年

2 單新然;大型超導(dǎo)磁體環(huán)氧樹脂基絕緣材料低溫?zé)釋W(xué)性能研究[D];天津大學(xué);2017年

3 宋敏慧;40T混合磁體外超導(dǎo)磁體電源的控制器研究與設(shè)計(jì)[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2017年

4 劉宏偉;制冷機(jī)冷卻的超導(dǎo)磁體的穩(wěn)定性研究[D];中國科學(xué)院研究生院（電工研究所）;2006年

5 湯洪明;BEPCⅡ SCQ、SSM 超導(dǎo)磁體系統(tǒng)低溫工作特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2006年

6 白紅宇;HT-7U超導(dǎo)托卡馬克氦制冷系統(tǒng)熱力學(xué)分析及設(shè)計(jì)研究[D];中國科學(xué)院研究生院（等離子體物理研究所）;2002年

7 關(guān)明智;低溫超導(dǎo)磁體復(fù)雜環(huán)境下的力磁行為實(shí)驗(yàn)研究[D];蘭州大學(xué);2012年

8 陳思明;40T混合磁體外超導(dǎo)磁體電源柔性無功補(bǔ)償?shù)难芯颗c設(shè)計(jì)[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2017年

9 彭楠;ITER縱向場(chǎng)超導(dǎo)磁體系統(tǒng)降溫過程熱力學(xué)分析[D];中國科學(xué)院研究生院（理化技術(shù)研究所）;2009年

10 聞程;超導(dǎo)發(fā)電機(jī)中超導(dǎo)磁體的設(shè)計(jì)及其實(shí)踐[D];東南大學(xué);2016年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王闊;工業(yè)用超導(dǎo)磁體冷卻系統(tǒng)靜態(tài)與動(dòng)態(tài)熱分析[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

2 張磊;單晶爐超導(dǎo)磁場(chǎng)電源設(shè)計(jì)[D];西安理工大學(xué);2018年

3 張逍遙;ECRH超導(dǎo)磁體系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)與控制[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2018年

4 謝凱;新型復(fù)合樹脂浸漬后的超導(dǎo)磁體力學(xué)分析與試驗(yàn)[D];北京交通大學(xué);2017年

5 肖廣大;基于超導(dǎo)磁體的快速換能系統(tǒng)研究[D];西南交通大學(xué);2009年

6 周洪吉;MICE超導(dǎo)磁體冷卻降溫和失超過程的模擬研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

7 韓東;ADS注入器超導(dǎo)磁體降溫過程研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

8 龔康;考慮磁體熱穩(wěn)定性的超導(dǎo)磁儲(chǔ)能系統(tǒng)控制研究[D];華中科技大學(xué);2016年

9 左振宇;MgB_2超導(dǎo)磁體穩(wěn)定性研究[D];中國科學(xué)院研究生院（電工研究所）;2003年

10 孫錚;應(yīng)用超導(dǎo)磁體電磁優(yōu)化[D];華中科技大學(xué);2007年

本文編號(hào)：2732624