回旋加速器大储能超导线圈的快速退磁方法
【专利摘要】本发明涉及一种回旋加速器大储能超导线圈的快速退磁方法，通过与超导励磁线圈并联的快速退磁泄能二极管组，使得超导回旋加速器的超导励磁线圈储存的能量释放到常温。该方法使得超导回旋加速器也可以采用基于内保护和外保护的失超保护方式，降低了超导回旋加速器超导励磁线圈损坏的概率。
【专利说明】
回旋加速器大储能超导线圈的快速退磁方法
技术领域
[0001]本发明属于回旋加速器设计技术，具体涉及一种回旋加速器大储能超导线圈的快速退磁方法。
【背景技术】
[0002]超导励磁线圈由超导材料(如NbTi ,Nb3Sn等低温超导材料及BSCC0、YBC0等高温超导材料)制成的超导线或超导线编织成的绞缆绕制而成。通常用于提供常规常温励磁线圈无法提供的大电流、强磁场。超导励磁线圈只有在极低温度下(至少低于相应超导材料的临界温度)才能维持超导态。此时，超导励磁线圈本身阻抗接近零，无焦耳发热，线圈两端的电压降非常低，超导励磁线圈具备非常大的电流载荷能力(其临界电流比常用的铜导线大几个数量级)。但当因为某些原因导致超导励磁线圈的温度超过临界温度时，超导线就会从超导态转化为非超导态，如果超导励磁线圈没有失超保护系统，此时大电流流过非超导态的超导励磁线圈会造成线圈产生大量焦耳热，线圈迅速升温而损坏；同时线圈内的电压迅速升高，有击穿线圈绝缘层的风险。因此，通常都会采用失超保护系统来保护超导励磁线圈。
[0003]在超导励磁线圈的最重要的应用-超导核磁共振磁体(Superconducting MRImagnet)中，由于核磁共振磁体一般都是不带电源运行，因此其中的超导励磁线圈采用内保护的方式来保护超导励磁线圈(参见Yi Li ,Qiuliang Wang，Shunzhong Chen,QuenchSimulat1n for 9.4T MRI Superconducting Magnet?Journal of Physics ConferenceSeries 507( 2014)032054.)。即通常采用放置在低温恒温器低温端、背靠背的冷二极管(back-to-back cold d1des)与超导励磁线圈并联，旁路失超的线圈，限制线圈失超时的电压升高；同时在超导励磁线圈绕制时预埋加热器，利用失超时的电压来驱动加热器加热超导励磁线圈未失超的部分，使得整个磁体均匀失超，降低磁体内的最高温升，达到保护磁体的目的。
[0004]在目前公开的超导回旋加速器超导磁铁中，超导励磁线圈通常带电源工作，单纯采用内保护无法满足要求，一般需要专门的失超探测系统探测失超信号，用于断开电源，同时用工作在室温的外保护电阻来保护超导励磁线圈(参见K.Pieterman，C.Commeaux，J.A.M.Dam,et al.，THE CRYOGENIC SYSTEM FOR THE AGOR SUPERCONDUCTING CYCLOTRON，Proceedings of the Eleventh Internat1nal Conference on Cyclotrons and theirApplicat1ns，Tokyo ,Japan，p548_p551.)。当检测到超导励磁线圈发生失超时，电源断开，外保护电阻与超导励磁线圈串联，超导磁铁中储存的能量通过外保护电阻释放。正常退磁时，通过外保护电阻将超导励磁线圈储存的能量释放到室温。
[0005]但对于储能和电感都比较大的超导磁铁，外保护电阻过大会导致线圈失超电压过高，破坏线圈绝缘;外保护电阻太小又会造成电流衰减时间常数很大，线圈内的温升过高。因此基于内保护与外保护的失超保护方法，即利用内保护冷二极管组对线圈失超电压的嵌位解决单纯利用外保护电阻线圈失超电压过高的问题，利用预埋加热器使得线圈均匀失超，降低超导线圈内的最高温升；同时利用失超检测来断开电源，外保护电阻用于在切断电源后将部分能量带出超导线圈并为内保护回路提供备份。但是在超导回旋加速器调试阶段，有可能频繁的进行退磁操作，需要一种安全的、不引发失超的方式使得超导励磁线圈储存的能量释放到常温中。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种安全的、不引发失超的回旋加速器大储能超导线圈的快速退磁方法，使得超导回旋加速器的超导励磁线圈储存的能量释放到常温中。
[0007]本发明的技术方案如下:一种回旋加速器大储能超导线圈的快速退磁方法，应用于超导线圈的失超保护系统，所述失超保护系统包括设置在超导励磁线圈与电源的连接线路上的失超控制开关，超导励磁线圈的两端连接外保护电阻，所述的超导励磁线圈并联有内保护冷二极管组，内保护冷二极管组连接失超加热器，其特征在于:该方法中超导励磁线圈还并联有快速退磁泄能二极管组，所述的快速退磁泄能二极管组的导通电压低于所述内保护冷二极管组的导通电压，在超导励磁线圈与电源的连接线路上设置快速退磁控制开关;
[0008]当超导励磁线圈处于超导态正常工作时，失超控制开关闭合，快速退磁控制开关也闭合，此时快速退磁泄能二极管组、外保护电阻、内保护冷二极管组被超导励磁线圈短路，电源电流主要通过超导励磁线圈；
[0009]当需要退磁时，快速退磁控制开关断开，而失超控制开关依然闭合，超导励磁线圈储存的能量全部释放到室温下的快速退磁泄能二极管组、外保护电阻中。
[0010]进一步，如上所述的回旋加速器大储能超导线圈的快速退磁方法，其中，在满足上述条件的情况下，所述的快速退磁泄能二极管组与所述内保护冷二极管组采用的二极管组类型可以相同也可不同，导通电压可以由采用的二极管组的数目或电路拓扑结构来调节。
[0011]本发明的有益效果如下:本发明提出了一种回旋加速器大储能超导线圈的快速退磁方法，利用快速退磁泄能二极管组使得超导回旋加速器的超导励磁线圈储存的能量释放到常温。该方法使得超导回旋加速器也可以采用基于内保护和外保护的失超保护方式，降低了超导回旋加速器超导励磁线圈损坏的概率。
【附图说明】
[0012]图1为应用于超导线圈失超保护系统的快速退磁方法的原理示意图。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
[0014]本发明所提供的回旋加速器大储能超导线圈的快速退磁方法，应用于超导线圈的失超保护系统，如图1所示，失超保护系统包括设置在超导励磁线圈5与电源6的连接线路上的失超控制开关8，超导励磁线圈5的两端连接外保护电阻3，所述的超导励磁线圈5并联有内保护冷二极管组4，内保护冷二极管组4连接失超加热器7。失超保护系统的具体结构描述可以参见
【申请人】同期的专利申请“230MeV超导回旋加速器超导线圈失超保护系统”。
[0015]本发明在失超保护系统结构的基础上，使超导励磁线圈5还并联有快速退磁泄能二极管组2，如图1所示，且快速退磁泄能二极管组2的导通电压低于内保护冷二极管组4导通电压，在超导励磁线圈与电源的连接线路上设置快速退磁控制开关I。
[0016]当超导励磁线圈5处于超导态正常工作时(励磁或恒流运行时)，快速退磁控制开关I闭合，失超控制开关8闭合，此时快速退磁泄能二极管组2、外保护电阻3、内保护冷二极管组4被超导励磁线圈5短路，电源6电流主要通过超导励磁线圈5。
[0017]当需要退磁时，快速退磁控制开关I断开电源6;失超控制开关8依然闭合，快速退磁泄能二极管组2、外保护电阻3，内保护冷二极管组4，与超导励磁线圈5并联。由于设计的快速退磁泄能二极管组2的导通电压低于内保护冷二极管组4导通电压，这样，退磁时，超导励磁线圈5储存的能量全部释放到室温下的快速退磁泄能二极管组2、外保护电阻3中。
[0018]实施例
[0019]以某230MeV超导回旋加速器超导励磁线圈的快速退磁过程为例。如图1所示，在失超保护系统结构的基础上，使超导励磁线圈5还并联有快速退磁泄能二极管组2，通过快速退磁控制开关I断开电源6;失超控制开关8闭合，快速退磁泄能二极管组2、外保护电阻3，内保护冷二极管组4，与超导励磁线圈5并联。
[0020]本发明的快速退磁泄能二极管组2的导通电压低于内保护冷二极管组4导通电压，在失超保护系统中，内保护冷二极管组4由可工作在液氦温度的两个一组正反背靠背连接的功率二极管组成的单元一个或多个串联形成，安装在液氦容器中，单个功率二极管组单元在低温下的正向导通电压一般不小于IV，多个串联后可形成所需的导通嵌位电压。在满足快速退磁泄能二极管组2的导通电压低于内保护冷二极管组4导通电压的条件下，所述的快速退磁泄能二极管组2与所述内保护冷二极管组4采用的二极管组类型可以相同也可不同，导通电压可以由采用的二极管组的数目或电路拓扑结构来调节。
[0021]在本实施例中，设计快速退磁泄能二极管组2的导通电压18V，低于内保护冷二极管组4导通电压36V，这样，退磁时，快速退磁泄能二极管组导通，而内保护冷二极管组4不导通。超导励磁线圈5储存的能量全部释放到快速退磁泄能二极管组2、外保护电阻3中。
[0022]显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
【主权项】
1.一种回旋加速器大储能超导线圈的快速退磁方法，应用于超导线圈的失超保护系统，所述失超保护系统包括设置在超导励磁线圈与电源的连接线路上的失超控制开关，超导励磁线圈的两端连接外保护电阻，所述的超导励磁线圈并联有内保护冷二极管组，内保护冷二极管组连接失超加热器，其特征在于:该方法中超导励磁线圈还并联有快速退磁泄能二极管组，所述的快速退磁泄能二极管组的导通电压低于所述内保护冷二极管组的导通电压，在超导励磁线圈与电源的连接线路上设置快速退磁控制开关； 当超导励磁线圈处于超导态正常工作时，失超控制开关闭合，快速退磁控制开关也闭合，此时快速退磁泄能二极管组、外保护电阻、内保护冷二极管组被超导励磁线圈短路，电源电流主要通过超导励磁线圈； 当需要退磁时，快速退磁控制开关断开，而失超控制开关依然闭合，超导励磁线圈储存的能量全部释放到室温下的快速退磁泄能二极管组、外保护电阻中。2.如权利要求1所述的回旋加速器大储能超导线圈的快速退磁方法，其特征在于:所述的快速退磁泄能二极管组与所述内保护冷二极管组采用的二极管组类型可以相同也可不同，导通电压可以由采用的二极管组的数目或电路拓扑结构来调节。
【文档编号】H01F13/00GK106098291SQ201610617024
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月29日 公开号201610617024.0, CN 106098291 A, CN 106098291A, CN 201610617024, CN-A-106098291, CN106098291 A, CN106098291A, CN201610617024, CN201610617024.0
【发明人】王川, 葛涛, 李振国, 殷治国, 尹蒙, 张素平, 张天爵
【申请人】中国原子能科学研究院