加速器多极超导磁铁关键技术

Superconducting magnet is more and more widely used in accelerators. The relevant technology has become the main direction of accelerator magnet development. The study of superconducting magnet will provide necessary technical support to construction and operation of domestic accelerators. Superconducting multipole magnet for accelerator has the features of high field quality requirement and complicated coil structure, which brings many challenges to magnet design, fabrication and test. This project aims at studing the new design method for superconducting multipole magnet, developing a high precision winding machine, exploring the process of winding and curing for superconducting coil, and producing a combo type superconducting multipole magnet including several different coils. The development of superconducting multipole magnet will fill the technological gap in this field in China.

超导磁铁在加速器上得到了越来越广泛的应用，相关技术已成为加速器磁铁技术发展的主要方向，超导磁铁的研制可以为国内加速器的建造和运行提供必需的技术支持。加速器超导多极磁铁具有磁场质量要求高，线圈结构复杂的特点，给磁铁的设计、制造和测试带来很多技术挑战。本项目旨在研究新的超导多极磁铁设计方法，开发高精度的自动绕线机，探索超导线圈的绕制、固化工艺流程，最终研制成功一台包含多组线圈的组合型超导多极磁铁，填补国内在该技术上的空白。

超导磁铁技术是加速器磁铁技术的主要发展方向。采用蛇形线圈的超导多极磁铁是超导磁铁的重要类型，已经被应用于多个大型加速器中，在提高加速器性能方面发挥了重要的作用。蛇形线圈分为若干层，每层线圈的全部空间形状和位置数据在绕线前是给定的。每两层线圈采用一根连续的超导线绕制，减少了线圈中接线点的个数，提高了绕线的位置精度、效率和磁铁的稳定性。通过本项目的开展，我们掌握了蛇形超导多极线圈的三维磁场计算方法和端部磁场特点，通过大量实验摸索和改进，掌握了蛇形线圈的绕线工艺；建立了超导多极磁铁低温垂直测试平台，完成了全自动蛇形线圈绕线机的设计和研制。. 超导多极磁铁低温垂直测试平台是国内首次研制，能完成超导多极磁铁低温励磁和旋转线圈磁场测量，还能兼顾超导扭摆磁铁的低温垂直测试和磁场测量，为未来研制超导多极磁铁和超导扭摆磁铁奠定了基础。. 全自动蛇形线圈绕线机是国内首次研制，通过读取由磁场设计程序输出的线圈导线位置坐标数据，直接在线圈支撑桶上进行精确地布线定位，并采用超声波加热方法将导线临时粘接固定在支撑桶表面上。绕线机使用直径0.3mm至1mm的超导线，能绕制长1.5m、直径150至300mm的超导蛇形多极线圈。全自动蛇形线圈绕线机的研制为超导多极磁铁的研制打下了基础，能够应用在北京正负电子对撞机对撞区超导磁铁升级改造、未来环形正负电子对撞机CEPC对撞区超导磁铁及其他项目超导磁铁的研制中，为国内加速器的建造和运行提供技术支持。