ECR离子源超导磁体结构制造技术

本实用新型专利技术涉及一种ECR离子源超导磁体结构，其包括CCT线圈、DCT线圈和螺线管；所述CCT线圈和所述DCT线圈嵌套组合在一起，所述螺线管设置在所述CCT线圈和所述DCT线圈的外部；所述CCT线圈能产生六极场和螺线管场的叠加场，所述DCT线圈产生的多极场用于补足所述CCT线圈产生的六极场，所述螺线管用于补足所述CCT线圈产生的螺线管场，进而获得ECR磁体所需场型。本实用新型专利技术有效降低超导ECR磁体结构的设计难度，使复杂背景场中超导线上感受到的电磁力不产生累积效应，有效提高结构稳定性。本实用新型专利技术可以应用于许多需要复杂矢量磁场的领域。

【技术实现步骤摘要】
ECR离子源超导磁体结构
本技术涉及一种磁体结构，特别是关于一种ECR离子源超导磁体结构。
技术介绍
ECRionsource即电子回旋共振离子源，它的关键组成部件是用以约束和产生离子的具有特殊磁场形状的磁体组合，具体场形是包括六极磁场和螺线管场的复合磁场。根据目前在线运行的三代ECR离子源SECRAL和LBNL的VENUS在线运行状态可以看出，ECR离子源具有非常优秀的性能表现及长寿命的特点。三代ECR离子源因其现有结构的复杂性及制造难度大，在两款NbTi超导ECR离子源(又称第三代ECR离子源)稳定运行的近十年间，相关技术再没有其他的发展或应用扩展。离子源是各类离子加速器所必须的重要部件，如电子加速器的电子源，它通常是利用热阴极辐射电子，再由电场引出的物理过程；而对于重离子加速器的关键部件离子源，有利用物理加热原理使离子外层电子分离的源，也有利用等离子体内的热电子轰击离子本体，使离子获得高电荷态及较高产额的源。ECR离子源即是后者，磁场强度决定了等离子体的德拜压力，即决定着该源产生高电荷态离子和高强度的截面积，也就是表征了离子源的能力。如前所述，LBNL的VENUS磁体结构称之为传统结构，它存在的主要问题是，在磁体励磁情况下，六极线圈处于较高的螺线管背景场下，其端部会受到非常复杂的洛伦兹力，给设计团队及加工制造带来很大挑战。IMPCAS的SECRAL结构称之为传统反结构，它的优势在于有效的减小了六极线圈上的电磁力，同时却造成六极线圈的激磁效率大大降低，用线量成倍增加，此两种结构都对六极线圈的加工及最后的集成装配要求具有很高的精度及成熟的工艺支持。LBNL的Dr.D.Xie还提出一种Closed-LoopCoil(CLC)结构的ECR磁体，该结构新颖高效，但设计及制作难度很大，造成研制经费高、项目风险高等缺点，同时内六方的温孔结构给与其配套的其他部件结构提出新的要求。
技术实现思路
针对上述问题，本技术的目的是提供一种ECR离子源超导磁体结构，其能有效降低超导磁体的复杂性和组装集成难度。降低三代ECR离子源走向民用或其它领域的壁垒。为实现上述目的，本技术采取以下技术方案：一种ECR离子源超导磁体结构，其包括CCT线圈、DCT线圈和螺线管；所述CCT线圈和所述DCT线圈嵌套组合在一起，所述螺线管设置在所述CCT线圈和所述DCT线圈的外部；所述CCT线圈能产生六极场和螺线管场的叠加场，所述DCT线圈产生的多极场用于补足所述CCT线圈产生的六极场，所述螺线管用于补足所述CCT线圈产生的螺线管场，进而获得ECR磁体所需场型。进一步，所述CCT线圈由电磁线和第一圆柱筒状骨架构成；所述第一圆柱筒状骨架表面设置有骨架翅片，相邻所述骨架翅片之间形成凹槽，所述电磁线均匀镶嵌在相邻所述骨架翅片的所述凹槽内。进一步，所述DCT线圈由电磁线和第二圆柱筒状骨架构成，所述第二圆柱筒状骨架表面设置有骨架翅片，所述电磁线均匀嵌设在相邻所述骨架翅片的所述凹槽内。进一步，所述骨架翅片是由所述圆柱筒状骨架上开槽后槽间剩余骨架构成，开槽路径是依据物理磁场要求所确定的电流线路路径。进一步，所述电磁线为NbTi超导线、Nb3Sn、MgB2、YBCO、B2223或B2212应用级的超导线材、带材或缆。进一步，所述圆柱筒状骨架材料为玻纤树脂复合材料、碳纤环氧复合材料、不锈钢、铜或铝合金。进一步，所述CCT线圈和DCT线圈由内而外布置于同一圆柱筒状骨架的不同半径上。本技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本技术综合利用了可以产生高质量多极场的两种线圈结构，有效降低超导ECR磁体结构的设计难度，可实现超导线圈的紧凑化及高性价化。2、本技术利用了骨架翅片分离相邻导线的结构，使复杂背景场中超导线上感受到的电磁力不产生累积效应，有效提高结构稳定性。综上，本技术可以应用于许多需要复杂矢量磁场的领域。附图说明图1是本技术的新型的ECR超导磁体结构；图2是本技术的CCT线圈模型；图3是本技术的骨架表面开槽形成翅片结构示意图；图4是本技术的DCT线圈模型示意，匝间空隙用线圈骨架翅片隔开；图5是本技术的CCT型线圈产生的磁场及二维空间分解矢量示意；图6是本技术的m＝3，N＝10时，六极线圈第一象限各匝导线的电流方向及角度分布示意图；图7a是本技术的各线圈结构对ECR磁体温孔区磁场Br-θ分布示意图；图7b是本技术的各线圈结构对ECR磁体温孔区磁场Bz-z分布示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本技术进行详细的描述。如图1所示，本技术提供一种ECR离子源超导磁体结构，其包括CCT(Canted-Cosine-Theta，斜螺线管)线圈1、DCT(Discrete-Cosine-Theta，离散型CosineTheta)线圈2和螺线管3，CCT线圈1和DCT线圈2嵌套组合在一起，螺线管3设置在CCT线圈1和DCT线圈2的外部。CCT线圈1能产生六极场和螺线管场的叠加场，近似ECR磁体的场型；DCT线圈2产生的多极场用于补足CCT线1圈产生的六极场，螺线管3用于补足CCT线圈1产生的螺线管场，进而获得ECR磁体所需场型。其中，如图2所示，CCT线圈1由电磁线和第一圆柱筒状骨架构成，第一圆柱筒状骨架表面设置有骨架翅片，相邻骨架翅片之间形成凹槽，电磁线均匀镶嵌在相邻骨架翅片的凹槽内，可以有效阻隔导线上的应力积累，使磁体更加稳定。其中，骨架翅片是由第一圆柱筒状骨架上开槽后槽间剩余骨架构成(如图3所示)，开槽路径是依据物理磁场要求所确定的电流线路路径，如CCT路径。如图4所示，DCT线圈2由电磁线和第二圆柱筒状骨架构成，第二圆柱筒状骨架表面设置有骨架翅片，电磁线均匀嵌设在相邻骨架翅片的凹槽内，使磁体更加稳定。骨架翅片是在第二圆柱筒状骨架上开槽后槽间剩余骨架构成(如图3所示)，开槽路径是依据物理磁场要求所确定的电流线路路径，如DCT路径。上述实施例中，依据CCT线圈1电流密度分布于角度关系(1)可以知，轴向分量jz(θ)在圆周上呈Cos(mθ)分布，jz(θ)在温孔区产生高质量的2m极场，周向分量jθ(θ)则为恒定值，产生一纯螺线管场，CCT在温孔区产生的磁场矢量分解图如图5所示；当设定斜螺管的倾斜角后，单层CCT线圈所产生的多极场与螺线管场的峰值之比是常数；m＝3时，CCT线圈可产生六极场和螺线管场的叠加场，这种磁场只要对两种场型分量稍加调制即可得到ECR磁体所需场型。式中，表示电流密度；I0表示电磁线通电电流；w表示相邻匝间距；表示周向单位向量；α表示CCT线圈倾斜角；m表示所需磁场极数；θ表示电流线各点对应的角度；r表示电流线所在圆柱面的半径；表示轴向单位向量；上述实施例中，DCT线圈2结构是按产生纯多极场所需的电流密度分布，按一定规律(横截面上载流线的位置角度θ符合公式(2)里的流函数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种ECR离子源超导磁体结构，其特征在于：包括CCT线圈、DCT线圈和螺线管；所述CCT线圈和所述DCT线圈嵌套组合在一起，所述螺线管设置在所述CCT线圈和所述DCT线圈的外部；所述CCT线圈能产生六极场和螺线管场的叠加场，所述DCT线圈产生的多极场用于补足所述CCT线圈产生的六极场，所述螺线管用于补足所述CCT线圈产生的螺线管场，进而获得ECR磁体所需场型。/n

【技术特征摘要】
1.一种ECR离子源超导磁体结构，其特征在于：包括CCT线圈、DCT线圈和螺线管；所述CCT线圈和所述DCT线圈嵌套组合在一起，所述螺线管设置在所述CCT线圈和所述DCT线圈的外部；所述CCT线圈能产生六极场和螺线管场的叠加场，所述DCT线圈产生的多极场用于补足所述CCT线圈产生的六极场，所述螺线管用于补足所述CCT线圈产生的螺线管场，进而获得ECR磁体所需场型。


2.如权利要求1所述ECR离子源超导磁体结构，其特征在于：所述CCT线圈由电磁线和第一圆柱筒状骨架构成；所述第一圆柱筒状骨架表面设置有骨架翅片，相邻所述骨架翅片之间形成凹槽，所述电磁线均匀镶嵌在相邻所述骨架翅片的所述凹槽内。


3.如权利要求2所述ECR离子源超导磁体结构，其特征在于：所述DCT线圈由电磁线和第二圆柱筒状骨架构成，所述第二圆柱筒状骨架表面设...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅恩铭，吴巍，孙良亭，梁羽，陈玉泉，张翔，张京京，柴志良，倪东升，郑石均，杨通军，欧贤金，王旭东，朱丽，尤玮，杨文杰，姚庆高，马力祯，
申请(专利权)人：中国科学院近代物理研究所，
类型：新型
国别省市：甘肃;62