一种用于超导回旋加速器的超导线圈及其绕制浸渍方法与流程

本发明属于超导回旋加速器技术领域，具体涉及一种用于超导回旋加速器的超导线圈及其绕制浸渍方法。

背景技术：

回旋加速器是利用磁场和电场共同使带电粒子作回旋运动，在运动中经高频电场反复加速的装置，是高能物理中的重要仪器，其中超导回旋加速器是目前医用质子治疗加速器的核心设备。医用质子治疗加速器能够实现用微观世界中的质子、重离子射线治疗肿瘤，是当今世界最尖端的放射治疗技术，仅有个别发达国家掌握并应用该技术。国内已经展开、但暂时还没有完成超导回旋加速器的研制工作。

超导回旋加速器的磁场主要由超导线圈提供，由于所需的磁场较大，所以超导线圈的径向较厚。绕制完成的超导线圈在励磁时，在通电电流和自生磁场的相互作用下，绕制超导线圈的超导线可能会发生相对运动。这样的运动发生，因摩擦力产生的热量会使超导线温度升高，即发生失超现象，因此，需要利用环氧树脂将超导线间进行粘合以防止失超现象的发生。目前在超导MRI上的超导线圈使用边绕制超导线边在超导线上涂抹树脂的方法(MRI为磁共振成像)。这种工艺方式在涂抹树脂时容易在超导线材之间产生空隙。当热应力或电磁力等应力集中在该空隙中时，在超导线之间粘合的树脂将会发生裂缝。有引起失超现象发生的可能性。

技术实现要素：

针对目前超导线圈所存在的超导线间的空隙引起的失超问题，为了尽量减少超导线内的残留空隙，通过在真空中将环氧树脂浸渍入超导线来抑制超导线内气体的混入，防止树脂中产生空隙，杜绝失超现象发生的可能性。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是一种用于超导回旋加速器的超导线圈，包括绕制有超导厚线圈的圆柱形的线圈骨架，所述超导厚线圈采用超导线绕制，其中，在所述线圈骨架一端设置有线圈骨架端板，在所述线圈骨架端板上设置有若干个导流槽，所述超导线上浸渍环氧树脂。

进一步，所述导流槽均匀设置在所述线圈骨架端板上，所述导流槽能够通过液态的所述环氧树脂。

进一步，所述线圈骨架采用耐高温高压的金属材料制作。

进一步，所述超导线采用铌钛材料。

进一步，所述超导厚线圈的径向外侧设置有铜捆扎带。

更进一步，所述铜捆扎带上浸渍所述环氧树脂。

为达到以上目的，本发明还公开了一种用于以上所述的用于超导回旋加速器的超导线圈的绕制浸渍方法，包括如下步骤：

步骤(S1)，在所述线圈骨架上用所述超导线绕制所述超导厚线圈，绕制预紧力小于等于12kgf；

步骤(S2)，对绕制在所述线圈骨架上的所述超导厚线圈进行烘烤和抽真空，烘烤和抽真空时间大于等于12小时，烘烤的温度为60度，真空度为1X10^-1Pa-1X10^-2Pa；

步骤(S3)，真空环境下从所述线圈骨架的所述导流槽向所述超导厚线圈中注入液态环氧树脂对所述超导厚线圈进行浸渍操作，浸渍的静置凝固时间小于10分钟，真空度为1X10^-1Pa-1X10^-2Pa；

步骤(S4)，将浸渍操作后的绕制在所述线圈骨架上的所述超导厚线圈进行烘烤固化，烘烤固化时间大于等于12小时。

进一步，还包括步骤(S5)，在所述超导厚线圈的外侧绕制铜绑扎带，在绕制所述铜扎带的同时在所述超导厚线圈上涂抹所述环氧树脂。

进一步，还包括步骤(S6)，对绕制了所述铜绑扎带的超导线圈进行烘烤，使得所述铜绑扎带与所述超导厚线圈之间的所述环氧树脂固化，烘烤温度大于40度、小于60度，烘烤时间10分钟。

更进一步，步骤(S3)中浸渍温度控制在40度，步骤(S4)中烘烤固化温度为60度。

本发明的有益效果在于：

1.超导线圈的超导线之间没有空隙，提高了超导线圈的稳定性；

2.操作方便，通用性强；

3.提出一套完整的超导厚线圈的绕制方法、浸渍方法以及对绕制和浸渍效果的检验方法的综合实施，作为超导回旋加速器的超导厚线圈绕制和浸渍工艺流程。

附图说明

图1是本发明具体实施方式中所述的用于超导回旋加速器的超导线圈的示意图；

图2是本发明具体实施方式中所述环氧树脂的初始温度与初始粘度的关系图；

图中：1-线圈骨架，2-超导厚线圈，3-线圈骨架端板，4-导流槽。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

如图1所示，本发明提供的一种用于超导回旋加速器的超导线圈，包括绕制有超导厚线圈2的圆柱形的线圈骨架1，超导厚线圈2采用超导线绕制，其中，在线圈骨架1一端设置有线圈骨架端板3，在线圈骨架端板3上设置有若干个导流槽4，超导线上浸渍环氧树脂。

导流槽4均匀设置在线圈骨架端板3上，所述导流槽4能够通过液态的环氧树脂。在本实施例中导流槽4宽2mm，深1mm，导流槽4的数量为12个(每两个相邻的导流槽4之间的间隔为30度)。

线圈骨架1采用耐高温高压的金属材料制作，本实施例中为不锈钢。超导线采用铌钛(NbTi)材料制作。

此外，在超导厚线圈2的径向外侧设置有铜捆扎带，铜捆扎带上同样浸渍环氧树脂。

为达到以上目的，本发明还提供了用于上述超导线圈的一种用于超导回旋加速器的超导线圈的绕制浸渍方法，包括如下步骤：

步骤S1，在线圈骨架1上用超导线绕制超导厚线圈2，绕制预紧力小于等于12kgf；此步骤将线圈骨架1固定在绕线机上进行，并实时监测绕制预紧力；

步骤S2，对绕制在线圈骨架1上的超导厚线圈2进行烘烤和抽真空，烘烤和抽真空时间大于等于12小时；具体操作是将绕制完成的超导线圈(包括线圈骨架1和超导厚线圈2)放入热风循环干燥烘箱内进行烘烤和抽真空，烘烤和抽真空时间大于等于12小时，烘烤的温度为60度，真空度为1X10^-1Pa-1X10^-2Pa；

步骤S3，真空环境下从线圈骨架1的导流槽4向超导厚线圈2中注入液态环氧树脂对超导厚线圈2进行浸渍操作，浸渍温度控制在40度，浸渍的静置凝固时间小于10分钟，真空度为1X10^-1Pa-1X10^-2Pa；具体操作是将超导线圈(包括线圈骨架1和超导厚线圈2)放入静态混料真空压力浇注设备中进行，在满足上述的温度控制和净值凝固时间的条件下，环氧树脂能够通过导流槽4流动并在凝固前到达超导厚线圈2的每两根超导线之间。环氧树脂的初始温度与初始粘度的关系如图2所示(横坐标为温度单位，纵坐标为粘度单位)，初始温度较低时，环氧树脂的初始粘度较大，环氧树脂粘度大，不利于环氧树脂流动，因此需要控制浸渍温度在40度，以利于环氧树脂的流动。

步骤S4，将浸渍操作后的绕制在线圈骨架上1的超导厚线圈2进行烘烤固化，烘烤固化时间大于等于12小时，烘烤固化温度为60度。具体操作是将浸渍操作完成的超导线圈(包括线圈骨架1和超导厚线圈2)放入热风循环干燥烘箱内进行烘烤。

还包括步骤S5，在超导厚线圈2的径向外侧绕制铜绑扎带，在绕制铜扎带的同时在超导厚线圈2上涂抹环氧树脂，实现环氧树脂对铜绑扎带的浸渍。

还包括步骤S6，对绕制了铜绑扎带的超导线圈进行烘烤，使得铜绑扎带与超导厚线圈2之间的环氧树脂固化，烘烤温度大于40度、小于60度(不能大于60度，以免环氧树脂液化)，烘烤时间10分钟。

本发明所述的装置并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。