用于产生高磁场的惯性阻尼分段线圈的制作方法

背景技术：

1、可以使用由大电流和高电压驱动的多个载流线圈产生强磁场。此类磁场可用于限制高能粒子和/或将粒子或对象加速到高速。在一些情况下，磁场可用于限制等离子体。在一些情况下，线圈上的磁压力可以达到接近线圈部件的屈服强度的水平。如果超过屈服强度，可能会损坏线圈。

技术实现思路

1、所描述的实施方案涉及可用于产生强电磁场的分段磁线圈中的惯性阻尼。例如，一个或多个磁线圈可用于在峰值磁场强度可超过0.01特斯拉(t)并且在一些情况下可高达50t的空间体积中产生电磁场脉冲。在此类应用中，大电磁力可施加回到线圈的部件上。此力可以用来驱动线圈的部件分开，使得它们必须用可以抵抗部件的感生运动的强结构元件保持在适当位置。惯性阻尼元件可以包括在这些结构元件中以抵抗部件的振荡运动并延长线圈的工作寿命。

2、一些实施方案涉及一种磁线圈组件，包括：第一芯部分，所述第一芯部分部分地围绕所述磁线圈组件的腔以携载第一电流从而有助于在所述腔中产生磁场；以及第二芯部分，所述第二芯部分部分地围绕所述腔以携载第二电流从而有助于产生所述磁场。所述第二芯部分和所述第一芯部分被构造成在所述第一芯部分和所述第二芯部分未连接到一个或多个供电电路时彼此电绝缘。所述组件还可以包括：第一元件，所述第一元件机械地联接到所述第一芯部分并且具有第一质量；第二元件，所述第二元件机械地联接到所述第二芯部分并且具有第二质量；以及第一能量吸收元件，所述第一能量吸收元件联接到至少所述第一元件以吸收来自至少所述第一元件响应于由所述磁场的产生引起的所述第一芯部分和所述第二芯部分上的磁压力的运动的第一动能，并且耗散所吸收的第一动能的至少一部分。所述磁线圈组件还可以包括至少一个紧固件，所述至少一个紧固件将所述第一元件机械地联接到所述第二元件以抑制所述第一芯部分响应于所述磁压力远离所述第二芯部分的移动。

3、一些实施方案涉及操作磁线圈组件的方法。此类方法可以包括以下动作：使第一电流在部分地围绕腔携载所述第一电流的第一芯部分中流动，其中所述第一芯部分部分地围绕所述腔；使第二电流在部分地围绕所述腔携载所述第二电流的第二芯部分中流动，其中所述第二芯部分部分地围绕所述腔；响应于使所述第一电流和所述第二电流流动而在所述腔中产生磁场；利用机械地联接到所述第一芯部分的第一元件抑制所述第一芯部分响应于由所述磁场的产生引起的所述第一芯部分上的第一磁压力从所述腔的向外运动，其中所述第一元件具有第一质量；以及利用借助至少一个紧固件机械地联接到所述第二芯部分和所述第一元件的第二元件抑制所述第二芯部分响应于由所述磁场的产生引起的所述第二芯部分上的第二磁压力从所述腔的向外运动，其中所述第二元件具有第二质量；利用联接到至少所述第一元件的第一能量吸收元件吸收来自至少所述第一元件响应于所述第一芯部分上的至少所述第一磁压力的运动的第一动能；以及耗散所吸收的第一动能的至少一部分。

4、一些实施方案涉及一种磁线圈组件，包括：第一芯部分，所述第一芯部分部分地围绕所述磁线圈组件的腔以携载第一电流从而有助于在所述腔中产生磁场；以及第二芯部分，所述第二芯部分部分地围绕所述腔以携载第二电流从而有助于产生所述磁场。当所述第一芯部分和所述第二芯部分未连接到一个或多个供电电路时，所述第二芯部分和所述第一芯部分彼此电绝缘。所述磁线圈组件还可以包括：第一元件，所述第一元件机械地联接到所述第一芯部分并且具有所述第一芯部分的质量的至少0.5倍的质量；第二元件，所述第二元件机械地联接到所述第二芯部分并且具有所述第二芯部分的质量的至少0.5倍的质量；以及至少一个紧固件，所述至少一个紧固件将所述第一元件机械地联接到所述第二元件以抑制所述第一芯部分响应于由所述磁场的产生引起的所述第一芯部分和所述第二芯部分上的磁压力远离所述第二芯部分的移动。

5、前述概念和下文更详细地论述的附加概念的所有组合(条件是这些概念不相互矛盾)被认为是本文公开的发明主题的一部分。特别地，出现在本公开结尾处的所要求保护的主题的所有组合被认为是本文公开的发明主题的一部分。本文明确使用的术语也可以出现在通过引用并入的任何公开内容中，应当被赋予与本文公开的特定概念最一致的含义。

技术特征：

1.一种磁线圈组件，包括：

2.根据权利要求1所述的磁线圈组件，其中所述第一元件的质量和所述第二元件的质量被选择为临界衰减或过度衰减由所述磁压力引起的所述磁线圈组件的机械振荡。

3.根据权利要求1所述的磁线圈组件，其中：

4.根据权利要求1所述的磁线圈组件，其中所述第一能量吸收元件有助于衰减响应于所述磁压力发生的所述磁线圈组件中的机械振荡，使得所述机械振荡继续不超过三个振荡循环。

5.根据权利要求1所述的磁线圈组件，其中所述第一能量吸收元件包括玻璃纤维层合物。

6.根据权利要求1所述的磁线圈组件，其中所述第一能量吸收元件包括层合物，所述层合物包括第一材料和第二材料的交错层，其中所述第一材料的硬度大于所述第二材料的硬度。

7.根据权利要求1所述的磁线圈组件，还包括：

8.根据权利要求1所述的磁线圈组件，还包括惯性阻尼绝缘体，所述惯性阻尼绝缘体设置在所述第一元件与所述第一芯部分之间并且联接到至少所述第一元件以吸收来自至少所述第一芯部分响应于所述磁压力的运动的第二动能。

9.根据权利要求8所述的磁线圈组件，其中所述惯性阻尼绝缘体被构造成耗散所吸收的第二动能的至少一部分。

10.根据权利要求1所述的磁线圈组件，还包括第二能量吸收元件，所述第二能量吸收元件设置在所述第一芯部分与所述第二芯部分之间以：

11.根据权利要求1所述的磁线圈组件，其中在操作期间所述磁场的峰值在10特斯拉与40特斯拉之间。

12.根据权利要求11所述的磁线圈组件，其中所述第一元件和所述第二元件有助于惯性衰减由所述磁压力引起的所述磁线圈组件的机械振荡，并且允许所述磁线圈组件在不更换所述第一芯部分或所述第二芯部分的情况下重复地产生所述磁场至少1,000次。

13.根据权利要求1所述的磁线圈组件，其中所述腔的直径在1厘米与300厘米之间。

14.根据权利要求1所述的磁线圈组件，还包括至少一个紧固件绝缘体，所述至少一个紧固件绝缘体使所述至少一个紧固件与所述第一芯部分或所述第一元件中的至少一者绝缘。

15.根据权利要求14所述的磁线圈组件，还包括力板，所述力板位于所述至少一个紧固件的第一紧固件的头部与所述至少一个紧固件绝缘体的第一紧固件绝缘体之间，以将来自所述头部的力分布在比所述头部更大的区域上并且分布到所述第一紧固件绝缘体上。

16.根据权利要求1所述的磁线圈组件与所述一个或多个供电电路的组合，所述一个或多个供电电路包括：

17.根据权利要求16所述的组合，其中所述一个或多个供电电路是或被配置成在将所述第一电流排放到所述第一芯部分时并且在将所述第二电流排放到所述第二芯部分时向所述第一芯部分和所述第二芯部分施加大致相同的电压。

18.根据权利要求17所述的组合，其中所述一个或多个供电电路是或被配置成同时向所述第一芯部分和所述第二芯部分施加相同的电压。

19.一种操作磁线圈组件的方法，所述方法包括：

20.根据权利要求19所述的方法，还包括利用至少所述第一元件、所述第二元件和所述第一能量吸收元件衰减由所述第一磁压力和所述第二磁压力引起的所述磁线圈组件的机械振荡，使得所述机械振荡继续不超过三个振荡循环。

21.根据权利要求19所述的方法，其中：

22.根据权利要求19所述的方法，其中所述第一能量吸收元件包括层合物。

23.根据权利要求19所述的方法，还包括：

24.根据权利要求19所述的方法，还包括：

25.根据权利要求19所述的方法，其中产生所述磁场包括在所述腔中产生具有在10特斯拉到40特斯拉的范围内的值的所述磁场的峰值。

26.根据权利要求25所述的方法，还包括在不更换所述第一芯部分或所述第二芯部分的情况下，用所述第一电流和所述第二电流的重复脉冲连续地在所述腔中产生所述磁场至少1,000次。

27.根据权利要求19所述的方法，其中所述腔的直径在1厘米与300厘米之间。

28.根据权利要求19所述的方法，还包括利用至少一个紧固件绝缘体将所述至少一个紧固件与所述第一芯部分或所述第一元件中的至少一者隔离。

29.根据权利要求28所述的方法，还包括利用设置在所述至少一个紧固件的第一紧固件的头部与所述至少一个紧固件绝缘体的第一紧固件绝缘体之间的力板将来自所述头部的力分布在比所述头部更大的区域上并且分布到所述第一紧固件绝缘体上。

30.根据权利要求19所述的方法，还包括预加载所述第一元件，使得所述第一元件向所述第一芯部分的靠近所述腔的中心区域施加的力比向所述第一芯部分的更远离所述腔的端部区域施加的力更大。

31.根据权利要求19所述的方法，还包括：

32.根据权利要求31所述的方法，其中所述排放还包括：

33.根据权利要求32所述的方法，其中施加相同的电压包括同时向所述第一芯部分和所述第二芯部分施加相同的电压。

34.一种磁线圈组件，包括：

35.根据权利要求34所述的磁线圈组件，其中所述第一元件的质量和所述第二元件的质量被选择为衰减由所述磁压力引起的所述磁线圈组件的机械振荡，使得所述机械振荡继续不超过三个振荡循环。

36.根据权利要求34所述的磁线圈组件，还包括第一能量吸收元件，所述第一能量吸收元件联接到至少所述第一元件以：

37.根据权利要求36所述的磁线圈组件，还包括第二能量吸收元件，所述第二能量吸收元件设置在所述第一芯部分与所述第二芯部分之间以：

38.根据权利要求34所述的磁线圈组件，其中在操作期间所述磁场的峰值在10特斯拉与40特斯拉之间。

39.根据权利要求38所述的磁线圈组件，其中所述第一元件和所述第二元件有助于惯性衰减由所述磁压力引起的所述磁线圈组件的机械振荡，并且允许所述磁线圈组件在不更换所述第一芯部分或所述第二芯部分的情况下重复地产生所述磁场至少1,000次。

技术总结
一种多馈电多分段磁线圈组件包括可以避免芯部分上的过度应变的惯性阻尼器，以及将磁线圈的芯部分保持在一起的紧固件。能量吸收元件用于吸收和耗散由作用于芯分段上的高磁压力产生的磁线圈的振荡部件的动能。惯性阻尼器和能量吸收元件可以选择为临界衰减或过度衰减磁线圈组件中的机械振荡，从而允许连续地重复产生强磁场。

技术研发人员：B·坎贝尔,D·基特利,C·J·皮尔,A·岛津
受保护的技术使用者：氦核能源有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31