第 1 章 超導(dǎo)磁體技術(shù) 1. 1 引言 1. 2 超導(dǎo)電性 1.2.1 邁斯納效應(yīng) 1.2.2 倫敦超導(dǎo)電性理論 1.2.3 第Ⅰ類(lèi)和第Ⅱ類(lèi)超導(dǎo)體 1.2.4 第Ⅱ類(lèi)超導(dǎo)體的臨界面 1. 3 磁體級(jí)超導(dǎo)體 1.3.1 超導(dǎo)材料與磁體級(jí)超導(dǎo)體 1.3.2 實(shí)驗(yàn)室級(jí)超導(dǎo)體與磁體級(jí)超導(dǎo)體 1. 4 磁體設(shè)計(jì) 1.4.1 要求和關(guān)鍵問(wèn)題 1.4.2 運(yùn)行溫度的影響 1. 5 數(shù)值解 1.5.1 概算近似解 1.5.2 程序解 1. 6 專(zhuān)題 1.6.1 問(wèn)題 1.1: 第Ⅰ類(lèi)超導(dǎo)體的熱力學(xué)性質(zhì) 1.6.2 問(wèn)題 1.2: 超導(dǎo)回路 1.6.3 問(wèn)題 1.3: 磁共振成像 第 2 章 電磁場(chǎng) 2. 1 引言 2. 2 麥克斯韋方程組 2.2.1 高斯定律 2.2.2 安培定律 2.2.3 法拉第定律 2.2.4 磁感應(yīng)連續(xù)性 2.2.5 電荷守恒 2.2.6 磁化和本構(gòu)關(guān)系 2. 3 準(zhǔn)靜態(tài) 2. 4 坡印亭矢量 2. 5 場(chǎng)的標(biāo)量勢(shì)解法 2.5.1 二維圓柱坐標(biāo) 2.5.2 球坐標(biāo) 2.5.3 正交坐標(biāo)系下的微分算符 2.5.4 勒讓德函數(shù) 2. 6 專(zhuān)題 2.6.1 問(wèn)題 2.1: 均勻場(chǎng)中的磁化球 2.6.2 問(wèn)題 2.2: 均勻場(chǎng)中的第Ⅰ類(lèi)超導(dǎo)棒 2.6.3 討論 2.1: 均勻場(chǎng)中的理想導(dǎo)體球 2.6.4 問(wèn)題 2.3: 球殼的磁屏蔽 2.6.5 討論 2.2: 用圓柱殼屏蔽 2.6.6 問(wèn)題 2.4: 四個(gè)偶極子簇的遠(yuǎn)場(chǎng) 2.6.7 問(wèn)題 2.5: 鐵制電磁體的磁極形狀 2.6.8 討論 2.3: 永磁體 2.6.9 問(wèn)題 2.6: 圓柱中的準(zhǔn)靜態(tài)場(chǎng) 2.6.10 問(wèn)題 2.7: 圓柱殼的感應(yīng)加熱 2.6.11 問(wèn)題 2.8: 金屬帶中的渦流損耗 2.6.12 討論 2.4: 切分以減少渦流損耗 2.6.13 問(wèn)題 2.9: 羅氏線圈 第 3 章 磁體、場(chǎng)和力 3. 1 引言 3. 2 畢奧-薩伐爾定律 3. 3 洛倫茲力和磁壓 3. 4 螺管線圈的磁場(chǎng)分析 3.4.1 簡(jiǎn)單線圈 3.4.2 諧波誤差———嵌套雙線圈磁體 3. 5 軸向力 3.5.1 兩個(gè)環(huán)線圈間的軸向力 3.5.2 薄壁螺管內(nèi)的軸向力 3.5.3 薄壁螺管和環(huán)線圈間的軸向力 3.5.4 兩個(gè)薄壁螺管間的軸向力 3.5.5 厚壁螺管線圈———中平面軸向力 3.5.6 嵌套雙線圈磁體的軸向力 3.5.7 軸向中心錯(cuò)位螺管組的軸向恢復(fù)力 3. 6 螺管在磁力下的應(yīng)力應(yīng)變 3.6.1 應(yīng)力應(yīng)變方程 3.6.2 各向同性螺管的應(yīng)力應(yīng)變方程 3.6.3 張力繞制以減小徑向應(yīng)力 3. 7 自感 3.7.1 圓環(huán)的自感 3.7.2 螺管線圈的自感 3.7.3 實(shí)用電感公式 3. 8 互感 3.8.1 互感———幾個(gè)特定的解析表達(dá) 3.8.2 互感和相互作用力 3. 9 專(zhuān)題 3.9.1 討論 3.1: 均勻電流密度螺管 3.9.2 問(wèn)題 3.1: 簡(jiǎn)單螺管線圈 3.9.3 討論 3.2: 比特磁體 3.9.4 問(wèn)題 3.2: 螺管中的最大場(chǎng) 3.9.5 討論 3.3: 負(fù)荷線 3.9.6 討論 3.4: 疊加技術(shù) 3.9.7 討論 3.5: 混合磁體 3.9.8 討論 3.6: 雙餅與層繞 3.9.9 問(wèn)題 3.3: 亥姆霍茲線圈 3.9.10 問(wèn)題 3.4: 亥姆霍茲線圈的分析——— 另一種方法 154 3.9.11 問(wèn)題 3.5: 空間均勻磁體分析 3.9.12 問(wèn)題 3.6: 直角坐標(biāo)下的磁場(chǎng)展開(kāi) 3.9.13 問(wèn)題 3.7: 凹槽螺管 3.9.14 討論 3.7: 餅式線圈磁體的磁場(chǎng)分析 3.9.15 問(wèn)題 3.8: 理想二極磁體 3.9.16 問(wèn)題 3.9: 理想四極磁體 3.9.17 討論 3.8: 雙跑道線圈磁體 3.9.18 問(wèn)題 3.10: 理想環(huán)形磁體 3.9.19 討論 3.9: 核聚變與磁約束 3.9.20 問(wèn)題 3.11: 邊緣場(chǎng) 3.9.21 討論 3.10: 螺管磁體的縮放 3.9.22 討論 3.11: 粒子加速器 3.9.23 問(wèn)題 3.12: 加速器中的回旋質(zhì)子 3.9.24 問(wèn)題 3.13: 雙線圈磁體 3.9.25 問(wèn)題 3.14: 螺管線圈的中平面軸向力 3.9.26 問(wèn)題 3.15: 嵌套型雙線圈磁體的中平面軸向力 3.9.27 問(wèn)題 3.16: 環(huán)氧浸漬螺管的應(yīng)力 3.9.28 問(wèn)題 3.17: 高溫超導(dǎo)磁體中的應(yīng)力和軸向力 3.9.29 討論 3.12: 鐵球上的磁力 3.9.30 討論 3.13: 雙線圈磁體的徑向力 3.9.31 討論 3.14: 45 T 混合磁體的結(jié)構(gòu)支撐 3.9.32 討論 3.15: Nb3 Sn 復(fù)合導(dǎo)體上的應(yīng)力 3.9.33 問(wèn)題 3.18: 自感舉例 3.9.34 討論 3.16: 羅氏線圈的互感 3.9.35 討論 3.17: 力與互感 第 4 章 低溫 4. 1 引言 4. 2 “濕式” 磁體和 “干式” 磁體 4. 3 低溫問(wèn)題: 冷卻、 熱、 測(cè)量 4.3.1 冷源 4.3.2 熱源 4.3.3 測(cè)量 4. 4 液體制冷劑———用于 “濕式” 磁體 4. 5 固體制冷劑———用于 “干式” 磁體 4.5.1 “濕式” LTS 磁體與 “干式” HTS 磁體的 關(guān)系———熱容 4.5.2 固體制冷劑———氖、 氮、 氬 4. 6 專(zhuān)題 4.6.1 問(wèn)題 4.1: 卡諾制冷機(jī) 4.6.2 討論 4.1: 卡諾制冷機(jī)性能 4.6.3 討論 4.2: “濕式” 磁體的冷卻模式 4.6.4 討論 4.3: 制冷機(jī)冷卻的 HTS 磁體 4.6.5 討論 4.4: 超流 4.6.6 討論 4.5: 1.8 K 過(guò)冷低溫容器 4.6.7 討論 4.6: J-T 過(guò)程 4.6.8 問(wèn)題 4.2: 基于制冷機(jī)的 “迷你” 氦液化器 4.6.9 討論 4.7: 制冷機(jī)與低溫循環(huán)器的關(guān)系 4.6.10 討論 4.8: 輻射傳熱 4.6.11 討論 4.9: 殘余氣體的對(duì)流傳熱 4.6.12 討論 4.10: 真空泵系統(tǒng) 4.6.13 討論 4.11: 制冷機(jī)冷卻的固態(tài)制冷劑/磁體 4.6.14 問(wèn)題 4.3: 固態(tài)制冷劑冷卻的磁體 4.6.15 討論 4.12: 溫升與場(chǎng)均勻性的關(guān)系 4.6.16 討論 4.13: 低溫測(cè)量 4.6.17 討論 4.14: 氣冷銅電流引線 4.6.18 討論 4.15: “干式” 引線———常規(guī)金屬和 HTS 4.6.19 問(wèn)題 4.4: 氣冷 HTS 電流引線———全超導(dǎo)型 (FSV) 4.6.20 問(wèn)題 4.5: 氣冷 HTS 引線———電流分流型 4.6.21 討論 4.16: FSV 和 CSV 電流引線的保護(hù) 4.6.22 討論 4.17: HTS 電流引線———銅延伸段 4.6.23 問(wèn)題 4.6: 6 kA 氣冷 HTS 電流引線 4.6.24 討論 4.18: “最優(yōu)” CSV 引線 4.6.25 問(wèn)題 4.7: 氣冷黃銅電流引線 4.6.26 討論 4.19: 氣冷支撐棒 4.6.27 討論 4.20: 低溫下的結(jié)構(gòu)材料 第 5 章 磁化 5. 1 引言 5. 2 第Ⅱ類(lèi)超導(dǎo)體的比恩理論 5.2.1 無(wú)傳輸電流 5.2.2 傳輸電流對(duì)磁化的效應(yīng) 5. 3 測(cè)量技術(shù) 5. 4 專(zhuān)題 5.4.1 討論 5.1: 有傳輸電流時(shí)的磁化 5.4.2 討論 5.2: 超導(dǎo)量子干涉儀用于磁化測(cè)量 5.4.3 討論 5.3: 比恩細(xì)絲的磁化 5.4.4 討論 5.4: 由磁化求臨界電流密度 5.4.5 問(wèn)題 5.1: 磁化測(cè)量 5.4.6 討論 5.5: 磁擴(kuò)散和熱擴(kuò)散 5.4.7 問(wèn)題 5.2: 磁通跳躍判據(jù) 5.4.8 問(wèn)題 5.3: 磁通跳躍 5.4.9 問(wèn)題 5.4: 導(dǎo)線扭絞 5.4.10 問(wèn)題 5.5: 導(dǎo)體勵(lì)磁 5.4.11 討論 5.6: 扭絞 5.4.12 討論 5.7: HTS 中的磁通跳躍 第 6 章 穩(wěn)定性 6. 1 引言 6. 2 穩(wěn)定性理論和標(biāo)準(zhǔn) 6.2.1 式 (6.1) 涉及的概念 6.2.2 熱能 384 6.2.3 熱傳導(dǎo) 6.2.4 焦耳熱 6.2.5 擾動(dòng)譜 6.2.6 穩(wěn)定裕度與擾動(dòng)能量 6.2.7 冷卻 6. 3 電流密度 6.3.1 截面積 6.3.2 復(fù)合超導(dǎo)體 6.3.3 繞組中的電流密度 6. 4 專(zhuān)題 6.4.1 討論 6.1: 低溫穩(wěn)定性———電路模型 6.4.2 問(wèn)題 6.1: 低溫穩(wěn)定性———溫度依賴(lài) 6.4.3 討論 6.2: 斯特科利低溫穩(wěn)定性判據(jù) 6.4.4 討論 6.3: 復(fù)合超導(dǎo)體 6.4.5 問(wèn)題 6.2: 低溫穩(wěn)定性———非線性冷卻曲線 6.4.6 討論 6.4: 等面積判據(jù) 6.4.7 討論 6.5: 超導(dǎo)體指數(shù)——— n 6.4.8 問(wèn)題 6.3: 復(fù)合導(dǎo)體 (n) ———電路模型 6.4.9 問(wèn)題 6.4: 電流脈沖下的復(fù)合 YBCO 6.4.10 討論 6.6: CIC 導(dǎo)體 6.4.11 問(wèn)題 6.5: 冷卻后的復(fù)合導(dǎo)體 V-I 曲線 6.4.12 問(wèn)題 6.6: 混合Ⅲ超導(dǎo)磁體的穩(wěn)定性分析 6.4.13 討論 6.7: 低溫穩(wěn)定與準(zhǔn)絕熱磁體 6.4.14 討論 6.8: 最小傳播區(qū)的概念 6.4.15 問(wèn)題 6.7: 絕熱繞組中的能量耗散密度 第 7 章 交流損耗和其他損耗 7. 1 引言 7. 2 交流損耗 7.2.1 磁滯損耗 7.2.2 多絲復(fù)合導(dǎo)體中的耦合損耗 7.2.3 渦流損耗 7. 3 其他損耗 7.3.1 接頭電阻 7.3.2 機(jī)械擾動(dòng) 7. 4 聲發(fā)射技術(shù) 7.4.1 機(jī)械事件探測(cè)———LTS 磁體 7.4.2 應(yīng)用于 HTS 磁體 7. 5 專(zhuān)題 7.5.1 問(wèn)題 7.1: 磁滯能量密度———在 “弱” 磁場(chǎng) 序列下的原始狀態(tài)比恩板 7.5.2 問(wèn)題 7.2: 磁滯能量密度———在 “中” 磁場(chǎng) 時(shí)間序列下的原始狀態(tài)比恩板 7.5.3 問(wèn)題 7.3: 磁滯能量密度———在 “強(qiáng)” 磁場(chǎng) 時(shí)間序列下的原始狀態(tài)比恩板 7.5.4 討論 7.1: 磁滯能量密度———磁化的比恩板 (情況 4~6) 7.5.5 討論 7.2: 載直流電流的比恩板 7.5.6 問(wèn)題 7.4: 磁滯能量密度———載直流的比恩板 (情況 4i~6i) 7.5.7 問(wèn)題 7.5: 自場(chǎng)磁滯能量密度———比恩板 7.5.8 交流損耗公式的匯總 7.5.9 討論 7.3: 磁體整體的交流損耗 7.5.10 討論 7.4: 交流損耗的測(cè)量技術(shù) 7.5.11 討論 7.5: 管內(nèi)電纜導(dǎo)體中的交流損耗 7.5.12 討論 7.6: HTS 中的交流損耗 7.5.13 問(wèn)題 7.6: Nb3 Sn 中的磁滯損耗 7.5.14 問(wèn)題 7.7: 混合Ⅲ超導(dǎo)磁體中的交流損耗 7.5.15 討論 7.7: 混合Ⅲ內(nèi) NbTi 線圈中的接頭耗散 7.5.16 討論 7.8: 持續(xù)電流模式與指數(shù) 第 8 章 保護(hù) 8. 1 引言 8.1.1 熱能密度與磁能密度 8.1.2 熱點(diǎn)和熱點(diǎn)溫度 8.1.3 繞組材料的溫度數(shù)據(jù) 8.1.4 安全、 有風(fēng)險(xiǎn)、 高度風(fēng)險(xiǎn)的 Tf 區(qū)間 8.1.5 溫度引起的應(yīng)力 8. 2 絕熱加熱 8.2.1 恒電流模式下的絕熱加熱 8.2.2 電流放電模式下的絕熱加熱 8.2.3 引線短接磁體的絕熱加熱 8.2.4 恒定電壓模式下的絕熱加熱 8. 3 高電壓 8.3.1 電弧環(huán)境 8.3.2 帕邢電壓試驗(yàn) 8.3.3 失超磁體內(nèi)的電壓峰值 8. 4 正常區(qū)傳播 8.4.1 軸向 NZP 速度 8.4.2 冷卻條件下的 NZP 8.4.3 橫向 (匝間) 速度 8.4.4 熱流體動(dòng)力學(xué)反饋失超 8.4.5 交流損耗輔助的 8. 5 計(jì)算機(jī)仿真 8. 6 自保護(hù)磁體 限制尺寸 8. 7 孤立磁體的被動(dòng)保護(hù) 8. 8 主動(dòng)保護(hù) 8.8.1 過(guò)熱 8.8.2 多線圈磁體中的過(guò)應(yīng)力 8.8.3 主動(dòng)保護(hù)技術(shù): 檢測(cè)-釋能 8.8.4 主動(dòng)保護(hù)技術(shù): 檢測(cè)-激活加熱器 8.8.5 失超電壓檢測(cè)技術(shù)———基本電橋電路 8. 9 專(zhuān)題 8.9.1 問(wèn)題 8.1: 大型超導(dǎo)磁體的回溫 8.9.2 問(wèn)題 8.2: 6 kA 氣冷 HTS 引線的保護(hù) 8.9.3 問(wèn)題 8.3: 低溫穩(wěn)定 NbTi 磁體的保護(hù) 8.9.4 問(wèn)題 8.4: 混合Ⅲ超導(dǎo)磁體的熱點(diǎn)溫度 8.9.5 討論 8.1: 失超電壓探測(cè)———1 個(gè)變種 8.9.6 問(wèn)題 8.5: 釋能電阻設(shè)計(jì) 8.9.7 討論 8.2: 磁體的緩慢放電模式 8.9.8 討論 8.3: 低阻電阻器設(shè)計(jì) 8.9.9 討論 8.4: 過(guò)熱和內(nèi)部電壓判據(jù) 8.9.10 討論 8.5: Bi2223 超導(dǎo)帶電流引線的保護(hù) 8.9.11 討論 8.6: MgB2 磁體的主動(dòng)保護(hù) 8.9.12 問(wèn)題 8.6: NMR 磁體的被動(dòng)保護(hù) 8.9.13 討論 8.7: HTS 磁體到底要不要保護(hù) 第 9 章 螺管磁體的實(shí)例， HTS 磁體，結(jié)語(yǔ) 9. 1 引言 9. 2 螺管磁體的實(shí)例 9.2.1 例 9.2A: 串聯(lián)混合磁體 9.2.2 Q /A 9.2A: SCH 超導(dǎo)磁體 9.2.3 例 9.2B: 鋼板上的超導(dǎo)線圈 9.2.4 例 9.2C: HTS 平板的懸浮 9. 3 例 9. 2D: HTS 環(huán)磁體 9. 4 HTS 磁體 9.4.1 主要應(yīng)用領(lǐng)域———HTS 和 LTS 9.4.2 HTS 磁體展望 9. 5 結(jié)語(yǔ) 附錄 ⅠA 物理常數(shù)和轉(zhuǎn)換因子 ⅠB 均勻電流密度螺管線圈的場(chǎng)誤差系數(shù) Ⅱ 制冷劑的熱力學(xué)性質(zhì) Ⅲ 材料的物理性質(zhì) Ⅳ 常規(guī)金屬的電氣性質(zhì) Ⅴ 超導(dǎo)體的性質(zhì) A5.1 NbTi、 Nb3 Sn、 MgB2 、 YBCO、 Bi2223 的電流密度 A5.2 NbTi、 Nb3 Sn 的標(biāo)度律 A5.3 力學(xué)和熱學(xué)性質(zhì) Ⅵ 詞匯表 Ⅶ 索引