一种大张角高均匀度谱仪用温铁超导二极磁铁

1.本发明涉及一种超导磁体技术领域，特别是关于一种用于低温高密度核物质测量谱仪的大张角高均匀度谱仪用温铁超导二极磁铁。


背景技术：

2.物质测量谱仪的测量手段是利用二极磁铁偏转带电粒子，通过测量带电粒子在磁场中的运动轨迹、速度、能量损失等信息，实现对中能重离子碰撞产物的全空间探测和鉴别。与小接受度的常规铁相比，大接收度的超导磁铁能更加充分利用各类探测设备，拓展和提升谱仪的研究范围和能力。磁场分布空间增大能使得反应产物的空间接收度提高，增大的有效场空间使得探测器可以内置，极大增强了对各类产物的探测和鉴别能力。
3.国际上目前正在运行中的大型谱仪磁铁有riken-samurai的超导二极磁铁以及fair-cbm中的超导二极磁铁等。这类大型谱仪用超导磁铁的共性是为了实现大张角或磁铁大的内部空间，牺牲了大部分磁场均匀度，磁铁内部不均匀度甚至超过20％。当面对大张角高均匀度的特殊物理需求时，这类磁铁并不适用。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明的目的是提供一种大张角高均匀度谱仪用温铁超导二极磁铁，其能够同时实现大张角和高均匀度。
5.为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种大张角高均匀度谱仪用温铁超导二极磁铁，其包括：铁芯，采用极头为圆台型的h型结构，所述铁芯的两端沿束流方向切断形成切口，该切口距所述铁芯的外边缘具有距离；线圈，对称设置在所述铁芯上端和下端的线槽内。
6.进一步，所述铁芯为室温铁芯，采用电工纯铁制成。
7.进一步，所述铁芯的上端和下端的所述切口处对称设置有钝化槽。
8.进一步，所述钝化槽的截面采用梯形和矩形的组合结构，且梯形的长边与矩形的长边相等。
9.进一步，所述钝化槽的短边侧高度与所述极头高度一致。
10.进一步，所述铁芯的极头边角处分别设置有上下对称的极头垫补。
11.进一步，所述极头垫补的截面采用矩形和梯形的组合结构，所述梯形设置在所述矩形的一顶角处，所述梯形的长边长度远小于所述矩形的长边长度。
12.进一步，所述线圈为低温超导线圈，采用螺线管结构。
13.进一步，所述线圈由超导线及包裹在所述超导线外部的玻璃丝带构成，所述超导线编制呈网状结构。
14.进一步，所述超导线采用大铜超比nbti镶嵌扁带。
15.本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
16.1、本发明采用圆台型类h型结构的室温铁芯，可以通过铁芯细节结构调节磁铁内
部磁场分布。在实现大张角同时，根据实际应用场景将所需区域均匀度降低到1％以下。且铁芯结构整体拓扑结构简单，加工技术成熟，易于生产。
17.2、本发明采用螺线管结构线圈，绕制工艺成熟，易于优化和定制生产。
附图说明
18.图1a是本发明一实施例中二极磁铁整体结构示意图；
19.图1b是本发明一实施例中具有钝化槽的二极磁铁整体结构示意图；
20.图2是本发明一实施例中钝化槽结构示意图；
21.图3是本发明一实施例中极头垫补示意图；
22.图4是本发明一实施例中超导螺线管示意图；
23.图5是本发明一实施例中线圈螺线管截面示意图；
24.附图标记：
25.1、铁芯，2、线圈，3、端部切口，4、钝化槽，5、极头垫补，6、超导线，7、玻璃丝带。
具体实施方式
26.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
28.本发明的大张角高均匀度谱仪用温铁超导二极磁铁，包括：铁芯，采用极头为圆台型的h型结构，铁芯的两端沿束流方向切断形成切口，该切口距铁芯的外边缘具有距离；线圈，对称设置在铁芯上端和下端的线槽内。本发明能够同时实现大张角和高均匀度。
29.在本发明的一个实施例中，提供一种大张角高均匀度谱仪用温铁超导二极磁铁。本实施例中，如图1a、图1b所示，该二极磁铁包括：
30.铁芯1，采用极头为圆台型的类似h型结构，铁芯1的两端沿束流方向切断形成切口3，该切口3距铁芯1外边缘具有距离，在本实施例中，该距离优选为0.6米。
31.线圈2，对称设置在铁芯1上端和下端的线槽内。
32.上述实施例中，铁芯1为室温铁芯，磁铁芯1采用电工纯铁制成，通过其h型结构优化磁场分布，实现高均匀度磁场。
33.上述实施例中，如图2所示，在铁芯1上端和下端的切口3处对称设置有钝化槽4。在本实施例中，钝化槽4的截面可以采用梯形和矩形的组合结构，且梯形的长边与矩形的长边相等，即钝化槽4为圆柱加圆锥台的组合结构。钝化槽4的短边侧高度与极头高度一致，如图1b所示。
34.上述实施例中，如图3所示，在铁芯1的极头边角处分别设置有上下对称的极头垫补5。在本实施例中，极头垫补5的截面采用矩形和梯形的组合结构，梯形设置在矩形的一顶
角处，即梯形的长边长度远小于矩形的长边长度。通过设置极头垫补5的高度可以有效提高大孔径大张角。
35.上述实施例中，线圈2为低温超导线圈，采用螺线管结构，通过高载流能力减小线圈尺寸和耗能。
36.其中，如图4、图5所示，线圈2由超导线6及包裹在超导线6外部的玻璃丝带7构成，超导线6编制呈网状结构。
37.在本实施例中，超导线6采用大铜超比nbti镶嵌扁带。
38.实施例：
39.本实施例中以铁芯1半径2.2米，铁芯1高度2.9米，气隙1.3米，中心孔径1.2米，好场区范围0.9米
×
1.2米
×
0.8米(长
×
宽
×
高)，好场区磁场0.5t，好场区均匀度《
±
1％的截面为参考，对大张角高均匀度谱仪用温铁超导二极磁铁进行说明。磁铁结构如示意图1所示，磁铁整体包括螺线管结构的超导线圈2及室温铁芯1两大部分。其中室温铁芯1，采用极头为圆台型的类h型结构，铁芯1外径为4.4米，极头内径为2.7米，磁铁芯1材料为牌号dt4的电工纯铁。为了保证中心孔径1.2米同时提高大张角，铁芯1两端沿束流方向切断形成切口3，切口3距磁铁芯1外边缘0.6米。磁铁主要通过其外形结构包括钝化槽4及极头垫补5进行磁场优化，实现好场区高均匀度磁场。
40.铁芯1的中心有两个上下对称的钝化槽4，极头边角处分别有上下对称的极头垫补5。钝化槽4的二维截面示意图如图2所示，梯形加矩形钝化槽结构优化效果优于单矩形钝化槽结构，同时在优化过程中采用形状因子对钝化槽截面设置。二维截面经过旋转后，钝化槽4为圆柱加圆锥台结构，同时为了方便加工，钝化槽4上表面与极头部分保持高度一致。图1中磁铁，钝化槽4顶部直径为452毫米，底部199毫米，钝化槽4的整体高度为178毫米，其中圆柱高度为17毫米，圆锥台高度为161毫米，钝化槽4的底部距离极头下表面22毫米。
41.极头垫补5同样由多参数的结构构成，其截面结构如图3所示，极头垫补5为梯形结构。二维结构绕磁铁中心旋转构成，垫补顶部长487毫米，底部长388米。为了提高大孔径大张角，极头垫补5高度优选为50毫米。
42.磁铁线圈2为低温超导线圈，其结构图如图4所示。上下对称通过线圈盒固定在铁芯1的线槽内。单并线圈外径为2.88米，圈距离磁铁中心高度为0.73米。
43.线圈2的导线采用大铜超比nbti镶嵌扁带，磁体稳定性高，安全性要求高，铜超大(7.7)。可选超导扁带宽度2.553毫米、厚度1.765毫米、芯数55。线圈结构采用螺线管结构，主要通过高载流能力减小线圈尺寸和耗能。线圈截面如图5所示。每层线圈30匝，共30层。每饼线圈900匝，线圈外2mm玻璃丝带绝缘。
44.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。