一種超導(dǎo)波蕩器磁體的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種超導(dǎo)波蕩器磁體，其包括：兩列縱向間隔且平行排列的超導(dǎo)線圈陣列，每列所述超導(dǎo)線圈陣列包括一高導(dǎo)磁線圈骨架、軸向間隔地設(shè)置在所述高導(dǎo)磁線圈骨架上的n+1個(gè)磁極，以及由單根超導(dǎo)線繞制在所述高導(dǎo)磁線圈骨架表面而形成的位于兩個(gè)相鄰所述磁極之間的n組線圈，其中，n為自然數(shù)；以及向所述線圈供電的直流電源；其中，所述單根超導(dǎo)線在繞制時(shí)的進(jìn)出線方向以使兩個(gè)相鄰所述線圈產(chǎn)生的磁場方向相反的方式設(shè)置。本發(fā)明通過使每列超導(dǎo)線圈陣列中的n組線圈由單根超導(dǎo)線繞成，從而使其運(yùn)行電阻降低，從而有效降低了制冷費(fèi)用，同時(shí)提高了運(yùn)行穩(wěn)定性；同時(shí)本發(fā)明可以通過調(diào)節(jié)線圈中所通電流的大小來改變超導(dǎo)波蕩器磁體所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。
【專利說明】一種超導(dǎo)波蕩器磁體
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種超導(dǎo)波蕩器磁體。
【背景技術(shù)】
[0002]波蕩器是一種產(chǎn)生周期磁場的設(shè)備，是同步輻射裝置和自由電子激光裝置中的核心部件。當(dāng)電子束通過波蕩器產(chǎn)生的周期磁場時(shí)，發(fā)出的X射線發(fā)生干涉，從而得到高亮度的準(zhǔn)單色光。
[0003]目前，同步輻射光源主要使用的是常溫稀土永磁波蕩器，其主要局限在于:其所能達(dá)到的磁感應(yīng)強(qiáng)度較低，并且磁感應(yīng)強(qiáng)度大小調(diào)節(jié)比較麻煩。導(dǎo)致上述局限的原因在于:常溫稀土永磁波蕩器受稀土永磁材料本身所能達(dá)到的最大剩磁限制，磁場強(qiáng)度大小已經(jīng)達(dá)到了極限，最大可以達(dá)到0.9特斯拉；同時(shí)，常溫稀土永磁波蕩器的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小需要通過機(jī)械結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)永磁塊之間的距離來調(diào)節(jié)，因此需要非常精密和復(fù)雜的機(jī)械調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。此外，目前正在處于研究階段的超導(dǎo)波蕩器磁體中的線圈陣列通常包括多組相互之間通過超導(dǎo)接頭連接的線圈，因此，這種結(jié)構(gòu)的線圈陣列的運(yùn)行電阻較高，從而需要更高的制冷費(fèi)用，且運(yùn)行穩(wěn)定性差。
[0004]鑒于上述情況，目前需要對(duì)波蕩器的磁體進(jìn)行改進(jìn)，以改進(jìn)其性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明旨在提供一種超導(dǎo)波蕩器磁體，以克服現(xiàn)有的常溫稀土永磁波蕩器磁感應(yīng)強(qiáng)度大小調(diào)節(jié)不靈活以及現(xiàn)有的超導(dǎo)波蕩器磁體中存在超導(dǎo)接頭的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)靈活調(diào)節(jié)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小，減少運(yùn)行成本的目的，并且避免采用超導(dǎo)接頭，以降低運(yùn)行電阻。
[0006]本發(fā)明所述的一種超導(dǎo)波蕩器磁體，其包括:
[0007]兩列縱向間隔且平行排列的超導(dǎo)線圈陣列，每列所述超導(dǎo)線圈陣列包括一高導(dǎo)磁線圈骨架、軸向間隔地設(shè)置在所述高導(dǎo)磁線圈骨架上的n+1個(gè)磁極，以及由單根超導(dǎo)線繞制在所述高導(dǎo)磁線圈骨架表面而形成的位于兩個(gè)相鄰所述磁極之間的η組線圈，其中，η為自然數(shù)；以及向所述線圈供電的直流電源；其中，所述單根超導(dǎo)線在繞制時(shí)的進(jìn)出線方向以使兩個(gè)相鄰所述線圈產(chǎn)生的磁場方向相反的方式設(shè)置。
[0008]在上述的超導(dǎo)波蕩器磁體中，所述高導(dǎo)磁線圈骨架的表面上開設(shè)有用于嵌置所述磁極并繞制所述線圈的凹槽。
[0009]在上述的超導(dǎo)波蕩器磁體中，所述兩列超導(dǎo)線圈陣列沿縱向?qū)R設(shè)置。
[0010]在上述的超導(dǎo)波蕩器磁體中，所述兩列超導(dǎo)線圈陣列之間的間隙高度的取值范圍為 3 ?10mnin
[0011]在上述的超導(dǎo)波蕩器磁體中，所述超導(dǎo)線為鈮鈦、鈮三錫、鉍鍶鈣銅氧或釔鋇銅氧超導(dǎo)線。
[0012]在上述的超導(dǎo)波蕩器磁體中，所述自然數(shù)η的取值范圍為5?120。[0013]由于采用了上述的技術(shù)解決方案，本發(fā)明通過采用單根超導(dǎo)線繞制形成每列超導(dǎo)線圈陣列中的η組線圈，從而使相鄰的線圈之間省去了超導(dǎo)接頭，因此使其運(yùn)行電阻降低，從而有效降低了制冷費(fèi)用，同時(shí)提高了運(yùn)行穩(wěn)定性；同時(shí)本發(fā)明通過采用直流電源向線圈供電，從而可以通過調(diào)節(jié)線圈中所通電流的大小來改變超導(dǎo)波蕩器所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小，克服現(xiàn)有的常溫稀土永磁波蕩器磁感應(yīng)強(qiáng)度大小調(diào)節(jié)不靈活的缺點(diǎn)。另外，本發(fā)明通過將兩列超導(dǎo)線圈陣列對(duì)齊布置，從而可以使其所產(chǎn)生的磁場在兩列超導(dǎo)線圈陣列中間位置互相加強(qiáng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明的一種超導(dǎo)波蕩器磁體的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖，給出本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并予以詳細(xì)描述。
[0016]如圖1所示，本發(fā)明，即一種超導(dǎo)波蕩器磁體，包括:
[0017]兩列縱向間隔且平行排列的超導(dǎo)線圈陣列1(圖1中僅示出一列超導(dǎo)線圈陣列1)，每列所述超導(dǎo)線圈陣列I包括一高導(dǎo)磁線圈骨架10、軸向間隔地設(shè)置在高導(dǎo)磁線圈骨架I上的Π+1個(gè)磁極11，以及由單根超導(dǎo)線繞制在高導(dǎo)磁線圈骨架10表面而形成的位于兩個(gè)相鄰磁極11之間的η組線圈12，其中，η為自然數(shù)(η的取值范圍一般為5?120);在本實(shí)施例中，高導(dǎo)磁線圈骨架10的表面上開設(shè)有用于嵌置磁極11并繞制線圈12的凹槽13 ;以及
[0018]向線圈12供電的直流電源(圖中未示)，通過調(diào)節(jié)線圈12中所通電流的大小(即調(diào)節(jié)直流電源的大小)即可改變超導(dǎo)波蕩器所產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度的大??；
[0019]其中，單根超導(dǎo)線在繞制時(shí)的進(jìn)出線方向以使兩個(gè)相鄰線圈12產(chǎn)生的磁場方向相反的方式設(shè)置；磁極11可將線圈12通電時(shí)所產(chǎn)生磁場引導(dǎo)至兩列超導(dǎo)線圈陣列I之間的位置；在本實(shí)施例中，超導(dǎo)線可以為鈮鈦、鈮三錫、鉍鍶鈣銅氧或釔鋇銅氧超導(dǎo)線。
[0020]本發(fā)明中，通過將兩列超導(dǎo)線圈陣I列沿縱向?qū)R布置，可以使其在通電時(shí)所產(chǎn)生的磁場在兩列超導(dǎo)線圈陣列中間位置互相加強(qiáng)；在本實(shí)施例中，兩列超導(dǎo)線圈陣列I之間的間隙高度的取值范圍為3?10mm。
[0021]本發(fā)明中，每個(gè)磁極11、該磁極11兩側(cè)相鄰的兩個(gè)線圈12、以及這兩個(gè)線圈12兩側(cè)相鄰的各半個(gè)磁極11 (即，具有一半厚度的磁極)組成了波蕩器的一個(gè)周期單元，每個(gè)周期單元的磁場周期長度的取值范圍一般為5?20_。
[0022]在本實(shí)施例中，以鈮鈦超導(dǎo)線繞制成線圈的超導(dǎo)波蕩器為例，取η為5，取磁場周期長度為16mm，取磁隙(即兩列超導(dǎo)線圈陣I之間的間隙高度)為6mm，每組磁極線圈組(由一個(gè)磁極11及與之相鄰的一個(gè)線圈12組成)寬度為8mm，其中，線圈12的寬度為8mm ;由于每組磁極線圈組形成一個(gè)磁場半周期，因此，磁場周期長度為8mm，且周期數(shù)為5。
[0023]在制造過程中，首先采用高導(dǎo)磁材料制成線圈骨架10，并在該高導(dǎo)磁線圈骨架10上加工出繞線所需的凹槽13，然后將單根超導(dǎo)線繞在該線圈骨架10上的凹槽13中，并在該凹槽13中布置磁極11，繞制超導(dǎo)線時(shí)，每層繞I股，層數(shù)可根據(jù)超導(dǎo)波蕩器的磁感應(yīng)強(qiáng)度參數(shù)而定，磁感應(yīng)強(qiáng)度越大，則所需的層數(shù)也就越多，并且在繞線時(shí)需改變進(jìn)出線方向以使相鄰線圈12所產(chǎn)生的磁場方向相反。[0024]在使用過程中，需要把超導(dǎo)線圈陣列I的線圈12放置在由液氦杜瓦和制冷機(jī)產(chǎn)生的低溫環(huán)境中，溫度低于超導(dǎo)材料的超導(dǎo)臨界溫度，以保證線圈12處于超導(dǎo)狀態(tài)，然后采用直流電源通過電流引線給線圈12通電。線圈12產(chǎn)生的磁場被線圈12之間的磁極11引導(dǎo)到兩列超導(dǎo)線圈陣列I之間的間隙(即束流通道區(qū))，從而形成周期磁場，用于偏轉(zhuǎn)電子束。當(dāng)電子束流從兩列超導(dǎo)線圈陣列I之間通過時(shí)，發(fā)出的X射線發(fā)生干涉，從而得到高亮度的準(zhǔn)單色光。
[0025]綜上所述，本發(fā)明通過采用了特殊的繞線方法，使每列超導(dǎo)線圈陣列中的η組線圈由單根超導(dǎo)線繞成，從而使相鄰的線圈之間省去了超導(dǎo)接頭，因此使其運(yùn)行電阻降低，從而有效降低了制冷費(fèi)用，同時(shí)提高了運(yùn)行穩(wěn)定性；同時(shí)本發(fā)明通過采用直流電源向線圈供電，從而可以通過調(diào)節(jié)線圈中所通電流的大小來改變超導(dǎo)波蕩器所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。本發(fā)明適用于同步輻射裝置和自由電子激光裝置。
[0026]以上所述的，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非用以限定本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的上述實(shí)施例還可以做出各種變化。即凡是依據(jù)本發(fā)明申請(qǐng)的權(quán)利要求書及說明書內(nèi)容所作的簡單、等效變化與修飾，皆落入本發(fā)明專利的權(quán)利要求保護(hù)范圍。本發(fā)明未詳盡描述的均為常規(guī)技術(shù)內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種超導(dǎo)波蕩器磁體，其特征在于，所述波蕩器磁體包括: 兩列縱向間隔且平行排列的超導(dǎo)線圈陣列，每列所述超導(dǎo)線圈陣列包括一高導(dǎo)磁線圈骨架、軸向間隔地設(shè)置在所述高導(dǎo)磁線圈骨架上的Π+1個(gè)磁極，以及由單根超導(dǎo)線繞制在所述高導(dǎo)磁線圈骨架表面而形成的位于兩個(gè)相鄰所述磁極之間的η組線圈，其中，η為自然數(shù)；以及向所述線圈供電的直流電源；其中，所述單根超導(dǎo)線在繞制時(shí)的進(jìn)出線方向以使兩個(gè)相鄰所述線圈產(chǎn)生的磁場方向相反的方式設(shè)置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)波蕩器磁體，其特征在于，所述高導(dǎo)磁線圈骨架的表面上開設(shè)有用于嵌置所述磁極并繞制所述線圈的凹槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)波蕩器磁體，其特征在于，所述兩列超導(dǎo)線圈陣列沿縱向?qū)R設(shè)置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的超導(dǎo)波蕩器磁體，其特征在于，所述兩列超導(dǎo)線圈陣列之間的間隙高度的取值范圍為3?10mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的超導(dǎo)波蕩器磁體，其特征在于，所述超導(dǎo)線為鈮鈦、鈮三錫、鉍鍶鈣銅氧或釔鋇銅氧超導(dǎo)線。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)波蕩器磁體，其特征在于，所述自然數(shù)η的取值范圍為5 ?120。
【文檔編號(hào)】H01F6/06GK103440953SQ201310425270
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月17日
【發(fā)明者】張正臣, 許皆平, 崔劍, 李明, 徐俊杰, 郁靜芳, 樊勇, 季現(xiàn)凱, 江勇 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所