固氮冷却式高温超导磁体的制作方法

本技术涉及高温超导磁体，尤其涉及一种固氮冷却式高温超导磁体。

背景技术：

1、超导磁体具有零电阻以及大电流的优势，超导磁体在励磁完成以后与恒流开关形成近似零损耗的闭合回路，可以长期维持高度稳定的强磁场。目前已经广泛应用的领域包括核磁共振频谱仪以及核磁共振成像等领域，但是已经成熟应用的领域基本上都在低温超导磁体领域。

2、高温超导带材存在三个临界指标，分别是临界电流、临界温度以及临界磁场，当三个指标中任意一个不满足超导态的要求时，会导致高温超导带材从超导态恢复到有电阻态。高温超导开关利用超导线材的零电阻特性，使用一定长度的超导带材绕制成无感线圈，利用超导带材的超导态与正常态的相互转换实现与超导磁体形成的闭合回路中的开关的闭合和断开。目前高温超导磁体领域的超导开关根据其向恢复阻值转变的方式不同可以分为热控式超导开关、流控式超导开关以及磁控式超导开关。重点是目前的所有高温超导开关均选用了ybco高温超导带材以及bi系高温超导带材，其均在液氮温度77k下就可以达到超导态，正常态与超导态的转变利用热控、磁控等其它方法来实现。

3、磁控式超导开关需要用到一个磁控式线圈，首先利用电源给磁控线圈通入电流，利用磁控线圈产生的磁场使得空间磁场超过超导带材的临界磁场，从而使得超导开关在超导态以及正常电阻态之间转换。

4、热控式超导开关需要增加一个加热丝，通过外接的小型恒流源来给加热丝供电，当加热丝产生的热量使得超导带材的温度高于其维持超导态的临界温度时，超导开关实现超导态以及正常电阻态之间的转换。

5、流控式超导开关需要增加一个触发开关，同时通过外接的触发源向超导开关放电，当通过超导开关的电流大于其临界电流时，超导开关实现在超导态以及正常电阻态之间的转换。

6、由此可见，目前主流的超导开关均为采用外接设备的方式使得超导开关实现超导态以及正常电阻态之间的转换，三种超导开关分别利用了超导带材的三个临界指标(临界磁场、临界温度以及临界电流)，其中磁控式开关是通过磁控线圈使得磁场超过超导开关的临界磁场，热控式开关是通过加热丝使得磁场超过超导开关的临界温度，流控式开关是通过触发电源使得电流超过超导开关的临界电流。

7、然而，这三种开关均采用了外接设备改变其周遭物理环境来实现超导态的转换，这样的方式增加了超导开关自身制造的复杂程度，同时对改变物理量的控制也存在一定难度，其精度以及准度均更为困难。

技术实现思路

1、本实用新型提供了一种固氮冷却式高温超导磁体，能够解决现有技术中的技术问题。

2、本实用新型提供了一种固氮冷却式高温超导磁体，其中，该超导磁体包括外杜瓦、固氮腔、超导线圈、mgb2超导开关和励磁电源，所述固氮腔、所述超导线圈、所述mgb2超导开关和所述励磁电源设置在所述外杜瓦内，所述外杜瓦内为真空环境，所述固氮腔与所述超导线圈和所述mgb2超导开关连接，通过制冷机对所述固氮腔进行冷却进而实现对所述超导线圈和所述mgb2超导开关进行制冷，所述超导线圈与所述mgb2超导开关和所述励磁电源并联。

3、优选地，该超导磁体还包括第一导冷带和第二导冷带，所述固氮腔通过第一导冷带与所述制冷机连接，所述超导线圈通过所述第二导冷带与所述固氮腔连接。

4、优选地，所述第一导冷带采用金属编织带制成。

5、优选地，所述第二导冷带采用金属编织带制成。

6、优选地，所述金属为铜。

7、优选地，所述超导线圈采用高温超导带材绕制而成。

8、优选地，该超导磁体还包括导冷层，所述导冷层设置在所述超导线圈外侧。

9、优选地，所述导冷层采用铜丝制成。

10、通过上述技术方案，采用mgb2绕制高温超导线圈的超导恒流开关，无需增加其他部件，可以减少超导恒流开关的绕制难度，且可以利用mgb2超导材料在降温过程中自身的特性来实现超导态以及自然态的转变，从而增加超导恒流开关控制的可靠性。

技术特征：

1.一种固氮冷却式高温超导磁体，其特征在于，该超导磁体包括外杜瓦、固氮腔、超导线圈(1)、mgb2超导开关(2)和励磁电源(3)，所述固氮腔、所述超导线圈(1)、所述mgb2超导开关(2)和所述励磁电源(3)设置在所述外杜瓦内，所述外杜瓦内为真空环境，所述固氮腔与所述超导线圈(1)和所述mgb2超导开关(2)连接，通过制冷机对所述固氮腔进行冷却进而实现对所述超导线圈(1)和所述mgb2超导开关(2)进行制冷，所述超导线圈(1)与所述mgb2超导开关(2)和所述励磁电源(3)并联。

2.根据权利要求1所述的超导磁体，其特征在于，该超导磁体还包括第一导冷带和第二导冷带，所述固氮腔通过第一导冷带与所述制冷机连接，所述超导线圈(1)通过所述第二导冷带与所述固氮腔连接。

3.根据权利要求2所述的超导磁体，其特征在于，所述第一导冷带采用金属编织带制成。

4.根据权利要求3所述的超导磁体，其特征在于，所述第二导冷带采用金属编织带制成。

5.根据权利要求4所述的超导磁体，其特征在于，所述金属为铜。

6.根据权利要求4所述的超导磁体，其特征在于，所述超导线圈(1)采用高温超导带材绕制而成。

7.根据权利要求6所述的超导磁体，其特征在于，该超导磁体还包括导冷层，所述导冷层设置在所述超导线圈(1)外侧。

8.根据权利要求7所述的超导磁体，其特征在于，所述导冷层采用铜丝制成。

技术总结
本技术涉及高温超导磁体技术领域，公开了一种固氮冷却式高温超导磁体其中，该超导磁体包括外杜瓦、固氮腔、超导线圈、MgB<subgt;2</subgt;超导开关和励磁电源，所述固氮腔、所述超导线圈、所述MgB<subgt;2</subgt;超导开关和所述励磁电源设置在所述外杜瓦内，所述外杜瓦内为真空环境，所述固氮腔与所述超导线圈和所述MgB<subgt;2</subgt;超导开关连接，通过制冷机对所述固氮腔进行冷却进而实现对所述超导线圈和所述MgB<subgt;2</subgt;超导开关进行制冷，所述超导线圈与所述MgB<subgt;2</subgt;超导开关和所述励磁电源并联。由此，无需增加其他部件，可以减少超导恒流开关的绕制难度，且可以利用MgB<subgt;2</subgt;超导材料在降温过程中自身的特性来实现超导态以及自然态的转变，从而增加超导恒流开关控制的可靠性。

技术研发人员：毛凯,王新文,周伟,张志华,张艳清,张意,刘旭洋,刘坤,梁思源,王雪晴,张睿哲
受保护的技术使用者：中国航天科工飞航技术研究院（中国航天海鹰机电技术研究院）
技术研发日：20230626
技术公布日：2024/1/15