波蕩器如今已成為加速器光源的關(guān)鍵設(shè)備之一,雖然傳統(tǒng)的永磁類波蕩器甚至低溫超導(dǎo)波蕩器技術(shù)已經(jīng)較為成熟,但其受限于永磁體或低溫超導(dǎo)體的性能影響,峰值磁場已經(jīng)接近上限。二代高溫超導(dǎo)體相比于低溫超導(dǎo)體具有更高的臨界特性,因此將二代高溫超導(dǎo)體應(yīng)用于波蕩器可以得到更高的峰值磁場。本文對(duì)兩種結(jié)構(gòu)類型的基于二代高溫超導(dǎo)帶材的波蕩器（二代高溫超導(dǎo)波蕩器）磁體進(jìn)行了設(shè)計(jì)和試制,對(duì)“垂直跑道型”波蕩器磁體線圈的失超行為進(jìn)行了數(shù)值仿真和實(shí)驗(yàn)研究。本文首先對(duì)高溫超導(dǎo)磁體研制的關(guān)鍵工藝之一的超導(dǎo)帶材接頭制作進(jìn)行了工藝探索,為制作帶有接頭的高溫超導(dǎo)波蕩器磁體提供了可能性。隨后設(shè)計(jì)與繞制了三周期“垂直跑道型”二代高溫超導(dǎo)波蕩器磁體樣機(jī),并對(duì)磁體樣機(jī)進(jìn)行了勵(lì)磁測(cè)試,建立了高溫超導(dǎo)波蕩器的等效電路分析模型,將分析結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,驗(yàn)證了數(shù)值模型的合理性。本文首次設(shè)計(jì)了“水平跑道型”高溫超導(dǎo)波蕩器磁體結(jié)構(gòu),對(duì)該類型波蕩器磁體進(jìn)行了磁場優(yōu)化計(jì)算,從帶材寬度、磁極厚度、運(yùn)行溫度和磁極間隙幾個(gè)方面來分析該類型波蕩器磁體的磁場特性。為“水平跑道型”高溫超導(dǎo)波蕩器磁體設(shè)計(jì)了連續(xù)繞線的方案,對(duì)該方案中的主要問題之一的超導(dǎo)帶材彎... 

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所)上海市

【文章頁數(shù)】：116 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

電子儲(chǔ)存環(huán)中插入件位置示意圖[12]

第1章緒論3過周期性磁場時(shí)來回?cái)[動(dòng)的幅度很大，所發(fā)出的同步輻射光是每個(gè)單獨(dú)的磁極發(fā)出的光的不相干疊加，扭擺器輻射示意圖如圖1.2(a)所示。因此，相對(duì)于相同磁場的彎鐵，扭擺器光譜的光通量更高。而波蕩器中電子束通過周期性磁場時(shí)來回?cái)[動(dòng)的幅度很小，電子束的角偏移量約為同步輻射的自然發(fā)射角，波蕩器輻射示意圖如圖1.2(b)所示。波蕩器每個(gè)周期的磁極發(fā)出的同步輻射光在特定頻率下會(huì)相干疊加，這種頻率的光的通量密度相比相同磁場的彎鐵提升了N2倍（其中N為波蕩器的周期數(shù)），而波蕩器輻射的發(fā)射角為彎鐵的N1/2。圖1.2(c)為彎鐵，扭擺器和波蕩器發(fā)出的不同能量光子的亮度分布。圖1.2(a)為扭擺器輻射示意圖，(b)為波蕩器輻射示意圖[12]，(c)為彎鐵，扭擺器和波蕩器發(fā)出的不同能量光子的亮度分布圖[13]插入件通常也根據(jù)用于產(chǎn)生磁場的不同技術(shù)進(jìn)行分類，包括在常溫下使用的電磁鐵、低溫下使用的超導(dǎo)磁體以及常溫或低溫永磁體。在室溫下，插入件通常使用永磁鐵和電磁鐵，永磁鐵的最大剩磁一般小于1.5T，而電磁鐵雖然是一種經(jīng)濟(jì)的選擇，但其線圈發(fā)熱需要水冷降溫，限制了其電流密度的增大，所以產(chǎn)生的磁場較小[12]。另外，低溫永磁體相對(duì)于常溫永磁體的剩磁更高，例如低溫永磁波蕩器的峰值磁場就比常溫永磁波蕩器要高約20%[14]，但如果需要達(dá)到更高的磁場，則需要使用超導(dǎo)磁體。至今為止，超導(dǎo)插入件包括超導(dǎo)扭擺器和超導(dǎo)波蕩器已經(jīng)被用于許多同步輻射光源。

第1章緒論7或液氦溫度以下的環(huán)境運(yùn)行下，這使得低溫系統(tǒng)的維護(hù)和運(yùn)行的成本非常高。在1986年，Muler和Bednorz首次發(fā)現(xiàn)銅氧化物L(fēng)a2-xBaxCuO4存在超導(dǎo)性[62]，這一革命性的發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著銅氧化物高溫超導(dǎo)體時(shí)代的到來。隨后，臨界溫度超過90K的YBa2Cu3O7超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)把超導(dǎo)體的工作溫度推向了液氮溫區(qū)。如圖1.3是發(fā)現(xiàn)的超導(dǎo)體年份與臨界溫度的關(guān)系圖，從圖中可以看到，在1987年之后的非常短的時(shí)間內(nèi)，許多新的高溫超導(dǎo)體材料不斷地被探索發(fā)現(xiàn)。圖1.3超導(dǎo)體發(fā)現(xiàn)的年份與臨界溫度的關(guān)系圖[63]到目前為止，盡管有許多超導(dǎo)材料被發(fā)現(xiàn)并且其中也有一些高溫超導(dǎo)材料的臨界溫度非常高，但是出于對(duì)性能，實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性方面的考慮，現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)商用的超導(dǎo)材料除了有NbTi線材和Nb3Sn線材等低溫超導(dǎo)線材之外，還有一些高溫超導(dǎo)材料如(Bi,Pb)2Sr2Ca2Cu3Ox(Bi2223)線材、Bi2Sr2CaCu3Ox(Bi2212)帶材、REBa2Cu3CO7-x(REBCO，RE代表Y、Gd、Sm、Eu、Dy、Ho等稀土元素)帶材和MgB2線材也已經(jīng)處于商用階段[64]。圖1.4是各類常用的超導(dǎo)材料的外加磁場與臨界電流密度的關(guān)系。在常用的高溫超導(dǎo)體中，Bi2212線材和Bi2223帶材一般被稱為第一代高溫超導(dǎo)體，REBCO涂層導(dǎo)體帶材一般被稱為第二代高溫超導(dǎo)體。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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本文編號(hào)：3544936