高场加速器磁体高温超导内插线圈前期工艺研究

The magnetic field of magnets used in future particle accelerators is increasing. Such as IHEP (Beijing, China) is pursing R&D of high field accelerator magnet technology for CEPC-SPPC project, which will need 20-T level accelerator magnets to deflect and focus particles. Due to the critical magnetic field limitation of NbTi and Nb3Sn, to achieve so high magnetic field, high temperature superconducting (HTS) insert coils must be used. This proposal intends to study the early process of HTS insert coils of high field accelerator magnets. Through winding a small model coil master the process to fabricate the high field HTS insert coils and quench propagation and protection of the HTS coils.

未来粒子加速器的能量越来越高，所需的磁体的场强也越来越高。如质心能量50-70TeV的超级质子对撞机为了在50km长的环形隧道内实现70TeV以上的对撞能量，需要场强高达20T的加速器磁体来偏转和聚焦粒子。由于NbTi和Nb3Sn等临界磁场的限制，加速器磁体要达到高场强不可避免的要用到高温超导内插线圈。本课题拟研究高场加速器磁体高温超导内插线圈的前期工艺。通过小的模型线圈的制作掌握高场加速器磁体高温超导内插线圈的制作工艺和失超保护方法。促进我国高场下高温超导内插磁体技术的进步。

未来粒子加速器的能量越来越高，所需的磁体的场强也越来越高。如质心能量50-70TeV的超级质子对撞机为了在50km长的环形隧道内实现70TeV以上的对撞能量，需要场强高达20T的加速器磁体来偏转和聚焦粒子。由于NbTi和Nb3Sn等临界磁场的限制，加速器磁体要达到高场强不可避免的要用到高温超导内插线圈。本课题研究高场加速器磁体高温超导内插线圈的前期工艺。通过小的模型线圈的制作掌握高场加速器磁体高温超导内插线圈的制作工艺和失超保护方法。单根高性能二代高温超导带材ReBCO绕制加速器磁体线圈时，什么样的绕线方式更加适合，湿绕还是干绕？有绝缘还是无绝缘？不锈钢金属做绝缘时线圈性能如何？通过实验测试的方式研究各种绕线方式。对比各绕线方式后选出最适合的方式绕制一个内插线圈，插入背景场进行测试。通过三年的研究，制作了五个模型线圈，在液氮环境下进行了个线圈的测试，研究对比了五种高温超导带材的绕线工艺、失超传播。重点研究了无绝缘绕线方式和不锈钢金属绝缘绕线方式。不同的高温超导绕线方式各有优缺点，适合于绕制不同的磁体，其中无绝缘绕线方式和不锈钢金属绝缘绕线方式在失超自我保护方面有着独特的优势，但同时又有着励磁和退磁时的延迟效应。有绝缘的绕线方式没有延迟效应，因为没有分流，电流与磁场强度对应良好。通过这些研究，掌握了用二代高温超导带材绕制磁体的加工工艺，对以后高温超导的应用有着重要的意义。