2011n1112磁體設計及磁體應用2011061416

1、超導電力基礎2010年5月 - 6月唐 躍 進、任麗、石晶郵箱： 1通知 根據(jù)學校通知，因端午節(jié)放假而調(diào)課，6月13日（周日）上6月14日（周二）的課，請相互轉(zhuǎn)告。2課堂作業(yè)評述為鑒別一種物質(zhì)是否為超導體，需要測定哪些特性？（1）零電阻；（2）邁斯納效應（完全抗磁性）準確性、簡單性。以上二個特性是根本，羅列其他一大批超導特性 是概念不清！是把簡單問題復雜化！ 最起碼是浪費實驗資源。 負5分3課堂作業(yè)評述（1）低溫超導體的結(jié)構(gòu)各向同性；（2）高溫超導體的結(jié)構(gòu)就存在各向異性。審題：要有比較2、為什么高溫超導體比低溫超導體具有更強的各向異性的電磁特性？概念：在實際應用中，低溫超導也要考慮各向異性，磁

2、場印加方向的不同，Ic的變化不同4課堂作業(yè)評述（1）抑制磁通跳躍、降低磁滯損耗 極細絲（2）增加通流能力 介入常導體的極細絲并聯(lián)（3）抑制耦合損耗 絞合減小耦合電感加快耦合電流的衰減3、超導線為什么要采用將超導極細絲崁入常導體基材中并相互絞合的復雜結(jié)構(gòu)？關鍵詞：抑制磁通跳躍、降低磁滯損耗、增強通流能力、減小耦合電感、耦合電流衰減5課堂作業(yè)評述5、設計超導裝置時應重點考慮超導線的哪些電磁參數(shù)？未講的內(nèi)容，需要在已學內(nèi)容中自己思考。目的：考核自我思考的能力。無標準答案。但有不可缺少的關鍵詞：通流能力，即Ic，包括Ic與磁場大小、磁場方向、工作溫度、應力的關系交流損耗，包括磁場大小、方向、電流形態(tài)的

3、影響并聯(lián)支路的分流失超特性（穩(wěn)定性）6課堂作業(yè)評述謝謝大家！錯誤不少，反省、修訂、出版！但是：一人發(fā)現(xiàn)，多人受益的現(xiàn)象嚴重， 全課堂只指出十余處錯誤。 相信還有很多、6、列出你在講義中發(fā)現(xiàn)的錯誤。加分竅門：以后指出，仍然在平時考核成績中加分。7課堂作業(yè)評述根據(jù)平時記錄，特提醒以下同學注意 38/282=13% 8獲取增補平時成績的機會 1）另行提交讀書報告2）指出講義中的錯誤96.3 超導磁體的應用6.2 超導裝置電磁設計六、超導磁體及其應用6.1 概論 10超導濾波器、天線等超導諧振腔超導計算機SQUID 微弱電磁測量磁屏蔽、磁懸浮超導磁體超導電力一、概論 超導裝置零電阻獲得高Q值諧振約瑟夫

4、森效應、磁通量子效應獲得電子開關、量子化；零電阻獲得高集成度零電阻獲得高通流密度零電阻獲得高通流密度超導裝置分類 11超導磁體（magnet）凡是僅以產(chǎn)生強磁場為目的的，英文一般稱為magnet，中文譯成磁體核聚變、加速器、核磁共振、磁懸浮、超導電力裝置裝置中的線圈、繞組（Coil）實際上和“磁體”一樣。但因其功能不僅僅是生成強磁場，英文中有用magnet的，也有用coil的，中文一般用繞組、線圈電機、變壓器、限流器、電感、電纜、強電用超導裝置一、概論 12磁體的種類 單螺管多螺管環(huán)形跑道形（二極）馬鞍形（二極）多極磁鏡異型一、概論 13I環(huán)形線圈無磁場泄漏磁場空間不易對外部開放I螺管磁體可開

5、放的磁場空間有磁場泄漏用于儲能、磁約束聚變應用廣泛一、概論 14超導電力裝置 超導電機（發(fā)電機、電動機）超導變壓器超導電纜超導磁儲能系統(tǒng)超導限流器超導磁懸浮飛輪儲能超導磁懸浮列車一、概論 156.2 超導電磁裝置設計 電磁參數(shù)及設計原則 導線的臨界電流 工作點的確定 磁場計算與優(yōu)化 絕緣、冷卻通道、支撐件 并聯(lián)支路均流設計 交流損耗 熱穩(wěn)定性 失超保護 電流引線 低溫系統(tǒng)16裝置的額定參數(shù)： 額定電流、安全裕度（臨界電流） 額定電壓、安全裕度（絕緣耐壓水平） 磁場強度、磁場均勻度、漏散磁場 效率（交流損耗、熱侵入）經(jīng)濟性參數(shù)： 成本（超導線用量、低溫）；尺寸、重量、冷卻功率 可靠性對額定值的影

6、響因素： 導線臨界電流（磁場、磁場方向、溫度、應力） 交流損耗 超導線熱穩(wěn)定性能 二、超導裝置的電磁設計 1、電磁參數(shù)及設計原則 17基本參數(shù)：運行溫度、最大磁場強度、額定電壓、額定電流、絕緣水平、電磁應力、幾何尺寸、導線用量、冷卻方式及冷卻功率 根據(jù)用途不同的特殊參數(shù)：磁場均勻度、磁場梯度、電感值、最大電流變化率、放電速度超導磁體應考慮的特殊參數(shù)：作用在超導導線上的平行磁場值、垂直磁場值、電流頻率或電流變化率、額定電流與臨界電流值的比值應考慮的超導導線特性：臨界電流值、臨界電流與磁場的關系、臨界電流與應力的關系、交流損耗與磁場的關系、超導穩(wěn)定對冷卻的要求二、超導裝置的電磁設計 18簡單設計：

7、小型磁體，通過簡單的電磁計算即可電磁場數(shù)值解析、優(yōu)化設計： 運用電磁場分析軟件設計電磁場，然后驗證各種約束條件是否滿足電磁場、溫度場、應力場綜合優(yōu)化設計： 將電磁場優(yōu)化、溫度場優(yōu)化、應力場優(yōu)化一體化，同時設計和驗證裝置的虛擬樣機： 場的分析優(yōu)化+路的分析優(yōu)化+運行特性檢驗+裝配流程等的一體化可視化后兩種是我們的目標，正在開展相關研究工作。二、超導裝置的電磁設計 19IcH77K4.2K溫度升高影響超導線臨界電流的因素：磁場、溫度、應力2、導線的臨界電流 二、超導裝置的電磁設計 20臨界電流和磁場、溫度的關系臨界電流和應力的關系實例：Bi系導線 二、超導裝置的電磁設計 21超導線的BJ特性電流

8、(A)工作點臨界點磁場強度 (T)磁體的負荷特性安全裕度確定運行溫度， J-H特性即確定根據(jù)額定電流，磁場計算，可知工作點考慮安全裕度，可提出對導線的要求IeHm電磁場分析核算、優(yōu)化3、工作點的確定 二、超導裝置的電磁設計 22IcH超導線Ic(H)特性線圈H(I)特性失超點工作點IcTHeTeTm超導磁體負荷特性工作磁場下臨界電流溫度特性二、超導裝置的電磁設計 23通過電磁場計算，確定導線所承受的磁場強度 優(yōu)化磁體形狀，降低導線上的磁場（方向性） 計算導線承受的應力 調(diào)整支撐結(jié)構(gòu)高溫超導磁體軸向磁場分布圖徑向磁場分布圖4、磁場計算與優(yōu)化 二、超導裝置的電磁設計 24300kVA高溫超導變壓器

9、繞組磁場分析結(jié)果二、超導裝置的電磁設計 25影響磁體剖面上的電流密度的因素： 電氣絕緣 應力支撐 冷卻通道液氦、液氮都具有良好的絕緣性能液氦 29170kV/mm液氮 80 240kV/mm主絕緣、層間絕緣、匝間絕緣5、絕緣、冷卻通道、支撐件 二、超導裝置的電磁設計 266、并聯(lián)支路均流核算 二、超導裝置的電磁設計 鐵心如存在并聯(lián)支路，必須驗算均流性能LiMijRiVs27交流損耗分析是超導電力裝置設計中最復雜的電磁分析課題。導線承受的磁場方向多種多樣電流多種多樣，甚至有高頻諧波導線幾何尺寸、規(guī)格多種多樣導線的結(jié)構(gòu)形狀復雜7、交流損耗分析 二、超導裝置的電磁設計 28低溫冷卻能力：1、超導體上

10、的交流損耗2、支撐件上的渦流損耗3、低溫系統(tǒng)自身的熱侵入4、電流引線等的熱侵入核沸騰域膜沸騰域1KxTTtTB常導 超導8、熱穩(wěn)定性 二、超導裝置的電磁設計 29磁體熱穩(wěn)定性分析計算例：二、超導裝置的電磁設計 30確定因素： 電流、溫度、磁場等超過臨界值不確定因素： 交流損耗局部特性劣化接頭部焦耳損耗機械因素：導線位移、支撐材收縮等磁的因素：磁通跳躍連續(xù)的脈沖的交流損耗機械外力外界磁場內(nèi)因外因擾亂9、失超保護 失超的原因：二、超導裝置的電磁設計 31對超導裝置： 能量集中，燒毀繞組 熱量釋放，低溫液體突發(fā)性蒸發(fā) 電流突變，感應電壓擊穿絕緣對系統(tǒng)： 性能丟失，系統(tǒng)損壞 電力系統(tǒng)：送電中斷、電力安

11、全 失超的危害：二、超導裝置的電磁設計 32 液氦、液氮氣化的體積變化很大 液氦4.2K氦氣 8倍， 100K 530倍 液氮77K 氮氣182倍，100K 250倍， 300K 900倍失超冷媒體積急劇膨脹二、超導裝置的電磁設計 失超的危害：33a、預防：消除不確定因素 保證確定因素在臨界值以下b、檢測：在失超的萌發(fā)期發(fā)現(xiàn)c、保護：轉(zhuǎn)移能量 切斷能量供應 均勻分擔能量、防止局部過熱 分離故障部分（特別在電力系統(tǒng)中）d、恢復：解消故障、準備替代方案 失超保護的原則：二、超導裝置的電磁設計 34+信號通過磁體線圈之間的電壓不平衡判斷失超不平衡電壓可以采用橋式電路等技術方案失超檢測方法例二、超導裝

12、置的電磁設計 35失超檢測方法例二、超導裝置的電磁設計 36控制信號控制信號將能量直接消耗在電阻上通過電磁耦合向電阻轉(zhuǎn)移能量失超保護法：消耗或轉(zhuǎn)移能量 二、超導裝置的電磁設計 37控制信號熱量或磁場等采用強制措施使整個繞組產(chǎn)生電阻消耗能量，防止能量在局部消耗燒損繞組，常用于大型多線圈磁體失超保護法：分散能量防止局部過熱 二、超導裝置的電磁設計 38電源磁體制冷機或冷媒容器斷路器保護電阻蒸發(fā)冷媒回收口輸液管電流引線杜瓦10、電流引線 二、超導裝置的電磁設計 39超導磁體系統(tǒng)90%以上的熱損耗是由電流引線侵入 電流引線按冷卻方式分按材料分蒸氣冷卻引線氣體冷卻引線全金屬引線高溫超導引線傳導冷卻引線電

13、流引線的分類 二、超導裝置的電磁設計 40冷媒蒸發(fā)氣體截熱式導電性能好，發(fā)熱量小絕熱性能好，熱侵入量小絕緣性能好，局部放電量小高溫超導電流引線低溫氣體熱流Tc以下高溫超導銅導線Tc以下對電流引線的技術要求 二、超導裝置的電磁設計 41 熱設計 高溫端向低溫端的熱流 電流導致的導體發(fā)熱量 優(yōu)化目標：熱侵入最小常溫低溫銅導體法蘭絕緣 高溫超導體 77K4.2K接線端子 電流熱流引線截面侵入熱侵入熱量電阻發(fā)熱電流引線設計要點 二、超導裝置的電磁設計 42 絕緣設計 外部室溫絕緣 內(nèi)部低溫絕緣 （4.2K 300K）常溫低溫銅導體法蘭絕緣 高溫超導體 77K4.2K接線端子 電流熱流液體浸泡部分，可滿

14、足絕緣要求液體以上低溫氣體部分，困難電流引線設計要點 二、超導裝置的電磁設計 43磁體制冷機或冷媒容器蒸發(fā)冷媒回收口輸液管電流引線杜瓦11、低溫系統(tǒng)設計 制冷機冷卻量=超導交流損耗+支撐件渦流損耗+電流引線侵入熱+低溫容器侵入熱+安全裕度 二、超導裝置的電磁設計 44工作點的確定 磁場計算與優(yōu)化 絕緣、冷卻通道、支撐件 并聯(lián)支路均流設計 交流損耗 熱穩(wěn)定性 失超保護 電流引線 低溫系統(tǒng) 經(jīng)濟性核算好的設計一般都要多次迭代二、超導裝置的電磁設計 45先進的設計理念：多場耦合優(yōu)化、場路耦合優(yōu)化變流器輸電線等效電感無窮大母線發(fā)電機電流引線儲能磁體多場耦合場路耦合SMES儲能磁體多場耦合及場路耦合設計

15、的主要影響因素ti磁體補償電流2JHT導線臨界特性FIc導線應力特性xT導線失超傳播低溫容器強垂直磁場域?qū)捒鐪貐^(qū)絕緣二、超導裝置的電磁設計 46先進的設計理念：虛擬樣機 電磁裝置虛擬樣機分析，全程模擬設計、運行、維護，可優(yōu)化設計、培訓技術人員。二、超導裝置的電磁設計 476.3 超導磁體的應用 概論 粒子加速器 磁約束核聚變 核磁共振成像 強磁場 磁懸浮軸承、磁懸浮列車 磁流體推進與發(fā)電 磁分離48（1）概論超導磁體的優(yōu)勢獲得常規(guī)技術難以實現(xiàn)的高磁場強度導線通流密度比常規(guī)導線高兩個數(shù)量級以上導體本身不發(fā)熱（直流），或發(fā)熱量很小（交流）I電流密度高冷卻通道小冷卻功率小冷卻通道大電流密度低冷卻功率

16、大體積龐大造成磁場分散49（1）概論超導磁體的優(yōu)勢凡需要磁場的裝置均可用超導大幅提高技術性能加速器：控制粒子的能力加強磁約束核聚變：約束等離子體的能力提高核磁共振：信噪比增大、信息精細度提高磁懸?。簯腋×υ龃蟀l(fā)電機：同樣長度導體感應的電勢增大其他強磁場應用？ 電磁冶煉、電磁攪拌、提高磁場強度：50介紹磁場在裝置中的作用實例介紹（1）概論51粒子加速器中磁場的作用 帶電粒子的直線加速（2）加速器 控制帶電粒子的偏轉(zhuǎn)、聚焦 磁場越強偏轉(zhuǎn)半徑越小磁場梯度越強聚焦能力越強 帶電粒子在電磁場中的運動方程 52粒子加速器中磁場的作用 大型粒子加速器回旋粒子加速器 磁極諧振腔加速電勢磁場電場（2）加速器 磁

17、場越高，回旋半徑越小裝置體積越小、占地面積越小 為獲得更高的能量只有加大回旋半徑 53粒子加速器的種類 （2）加速器 按輸出粒子束的能量劃分低能加速器（能量1TeV) 工程應用 科學研究 按束流加速控制原理劃分靜電加速器（能量 萬分之五加速和聚焦的配合：高頻與粒子旋轉(zhuǎn)周期同步粒子源的難點：高電壓緊湊化78加速器中的電氣工程 （2）加速器 79通知 根據(jù)學校通知，因端午節(jié)放假而調(diào)課，6月13日（周日）上6月14日（周二）的課，請相互轉(zhuǎn)告。806.3 超導磁體的應用 概論 粒子加速器 磁約束核聚變 核磁共振成像 強磁場 磁懸浮軸承、磁懸浮列車 磁流體推進與發(fā)電 磁分離81聚變能 (Fusion E

18、nergy) 清潔，無CO2，燃料資源豐富（3）磁約束核聚變 82磁約束核聚變的原理 （3）磁約束核聚變 氘氚核聚變反應產(chǎn)生核聚變的必要條件：億度以上的高溫。核聚變能和平利用的條件：持續(xù)、可控。 等離子體狀態(tài) 需懸空約束等離子體 83磁約束核聚變的原理 （3）磁約束核聚變 帶電粒子在磁場中的拉莫爾運動 閉合的磁通線 約束等離子體的磁場 Rrpbxy圖6-15 帶電粒子運動回轉(zhuǎn)中心坐標系運動軌跡B單純環(huán)向磁場中的帶電粒子漂移閉合的螺旋磁通線 84托卡馬克的磁體系統(tǒng) 閉合的螺旋磁通線 仿星器的磁體系統(tǒng) （3）磁約束核聚變 85磁約束核聚變的原理 （3）磁約束核聚變 梯度場也能改變帶電粒子的運動軌跡

19、 (a) 基本結(jié)構(gòu)(b) 磁約束原理(c) 改進結(jié)構(gòu)帶電粒子通電線圈86電磁設計的趣味 設計征集1：如何提高兩個線圈的耦合度？ 如 使耦合系數(shù)盡量接近 1 設計征集2：如何使兩個靠近的線圈去耦合？ 如 使耦合系數(shù)盡量接近 0 設計征集3：能否使磁力線像光線一樣聚焦？ 能否制造磁單極子？ 如何提高磁場梯度？ （3）磁約束核聚變 87托卡馬克(Tokamak)是由俄羅斯科學家發(fā)明的利用變壓器原理產(chǎn)生等離子體，并由強磁場約束及控制等離子體的裝置。 Tokamak是由俄文“環(huán)形”、“磁場”及“容器”的前幾個字母組成。其主要部件組成為：真空室、縱場（環(huán)向場）磁體、極向場（垂直場）磁體等。托卡馬克原理（P

20、rinciple of Tokamak）（3）磁約束核聚變 88ITRE ShieldMagnet SystemVacuum VesselDivertor30 m24 mRadius=6.2 mVolume=840 m3Current=15 MADensity=1020 m-3Temperature=20keVFussion Power=500MW（3）磁約束核聚變 89粒子加速器中的超導磁體 ITER的磁體和結(jié)構(gòu)18 個環(huán)形磁場線圈(TF)；6個極向磁場項圈(PF)； 1個中心螺線管線圈 (CS)；校正線圈 (CC) 。（3）磁約束核聚變 90Bopt=5.3T, R =6.2mCS, Bm

21、=13.5T, TF, Bm=11.8T Bopt=3.5T, R =1.8mCS, Bm=8.0T, TF, Bm=7.2T Bopt=3.5T, R =1.75mCS, Bm=4.3 T, TF, Bm=5.85T NbTi-CICCNbTi/Nb3Sn-CICCITERKSTAREASTLDXNbTi： Bopt=5 T LSC： Bm=5.3TNbSn/Bi2223 Bopt=3.0T, R =1.1mCS, Bm=3.2 T, TF, Bm=5.1T SST-1NbTi-CICCLHDSpecifications on TokamaksNb3AlCICCJTSCW7X91EAST全超

22、導托卡馬克裝置，合肥高11米，直徑8米，重400噸16個大型“D”形超導縱場磁體BT = 3.5 T12個大型極向場超導磁體可以提供磁通變化 10 伏秒通過極向場磁體， 100萬安培的等離子體電流持續(xù)時間將達到1000秒在高功率加熱下溫度將超過一億度（3）磁約束核聚變 92EAST的D形超導線圈（3）磁約束核聚變 93（3）磁約束核聚變 946.3 超導磁體的應用 概論 粒子加速器 磁約束核聚變 核磁共振成像 強磁場 磁懸浮、磁懸浮列車 磁流體推進與發(fā)電 磁分離95（4）核磁共振成像 核磁共振的原理 核磁矩 環(huán)形的電流與該環(huán)的面積的乘積稱為環(huán)形電流的磁矩 原子核內(nèi)的帶電粒子自旋、軌道運動產(chǎn)生核

23、磁矩，其能級是不連續(xù)的 I 只能是整數(shù)磁矩的能級是不連續(xù)的 96（4）核磁共振成像 核磁共振的原理 1955年諾貝爾物理學獎授予Willis Eugene Lamb ，Polykarp Kusech蘭姆位移與電子磁矩97（4）核磁共振成像 核磁共振的原理 外磁場作用下的能級分裂 即：核磁矩的能級進一步分裂核在磁場作用下，核子拉莫爾進動，獲得附加能量，也是不連續(xù)的塞曼效應：能級分裂。 磁場越強，能隙越大98（4）核磁共振成像 核磁共振的原理 能級躍遷與核磁共振 磁場中核子的能級在與外磁場垂直方向加高頻磁場，使其頻率滿足核子獲得能量，發(fā)生能級躍遷：吸收高頻電磁能 對某一頻率的電磁能產(chǎn)生強烈吸收：核

24、磁共振 99（4）核磁共振成像 核磁共振的應用 不同原子核的磁性不同，在同一磁場下產(chǎn)生核磁共振的頻率也不同測量某一頻率的核磁共振譜，可以獲得試樣中的某一原子核的信息改變頻率，可以獲得試樣中的其他原子核的信息改變場強，也可以獲得不同原子核的信息但磁場越強，能隙越大，信息越清晰應用之一：分析物質(zhì)的成分 核磁共振譜儀100AVANCE 900兆核磁共振波譜儀600MHz核磁共振波譜儀（4）核磁共振成像 101（4）核磁共振成像 核磁共振成像 磁場一定、特定原子核的核磁共振頻率一定梯度磁場xB共振頻率 1共振頻率 2加梯度磁場，在不同位置有不同的諧振頻率。因此可以獲得物質(zhì)中特定層面的原子核信息。加三維

25、的梯度磁場，就可以獲得物質(zhì)中特定點的信息。 核磁共振成像102（4）核磁共振成像 核磁共振的應用意義 科學研究：可以精確地顯示物質(zhì)構(gòu)成、乃至晶格結(jié)構(gòu)工業(yè)應用：可以準確地檢測物質(zhì)內(nèi)部的缺陷醫(yī)療衛(wèi)生：可以精準地構(gòu)成人體內(nèi)部組織的圖像 目前，國內(nèi)等級稍高的醫(yī)院已擁有超導核磁共振成像儀 （幾乎由西門子、GE占領所有市場）103形形色色的MRI（4）核磁共振成像 1041946年美國斯坦福大學 F Bloch小組和哈佛大學 E M Purcell小組分別發(fā)現(xiàn)核磁共振這一物理現(xiàn)象，可應用于物理、化學等物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析研究。 1952年獲得諾貝爾物理獎核磁共振的起源 （4）核磁共振成像 1052003年諾貝爾生

26、理學和醫(yī)學獎核磁共振的起源 1971年，美國紐約州立大學 R Damadian提出將其用于醫(yī)學診斷1972年，美國紐約州立大學 P C Lauterbur 提出建立圖像1976年，英國 P Mansfield建立第一幅人體斷層像1977年，美國 R Damadian建成第一臺全身磁共振成像裝置R Damadian未獲獎似乎很不公平MansfieldLauterbur（4）核磁共振成像 106核磁共振的磁體系統(tǒng) ZY (a) 安置的位置關系 (b) 橫向梯度線圈結(jié)構(gòu)示意圖主磁體縱向梯度線圈橫向梯度線圈YXZ（4）核磁共振成像 107核磁共振的梯度場 縱向梯度磁場的形成 (a) 縱向梯度線圈 (b

27、) 梯度磁場分布 (c) 主磁場分布 (d) 合成磁場的分布（4）核磁共振成像 108磁鐵系統(tǒng)主磁場：磁場強度有0.5到4.0T，1.5T和3.0T；動物實驗用的小型MRI則有4.7T、7.0T與9.4T等多種主磁場強度另有勻磁線圈（shim coil）協(xié)助達到磁場的高均勻度梯度場：用來產(chǎn)生并控制磁場中的梯度，以實現(xiàn)NMR信號的空間編碼。這個系統(tǒng)有三組線圈，產(chǎn)生x、y、z三個方向的梯度場，線圈組的磁場疊加起來，可得到任意方向的梯度場射頻（RF）發(fā)生器：產(chǎn)生短而強的射頻場，以脈沖方式加到樣品上，使樣品中的氫核產(chǎn)生NMR 計算機圖像重建系統(tǒng)（4）核磁共振成像 109核磁共振對磁場的要求：磁場穩(wěn)定磁

28、場越高信息越清晰、定位越準確要在大的空間產(chǎn)生2T以上的磁場，需要超導技術核磁共振中的超導技術 目前，稍稍高檔一點的核磁共振，均用超導（4）核磁共振成像 110地質(zhì)探測核磁共振中的其他應用 （4）核磁共振成像 資源勘探1956年， Brown和Fatt研究發(fā)現(xiàn)，當流體處于巖石孔隙中時，其核磁共振弛豫時間與自由狀態(tài)相比顯著減小，從而逐漸發(fā)展成地質(zhì)探測的有力手段1978年，研制成一臺NMR找水儀Hydroscope隨后在石油勘探等中也有應用無損檢測1116.3 超導磁體的應用 概論 粒子加速器 磁約束核聚變 核磁共振成像 強磁場 磁懸浮軸承、磁懸浮列車 磁流體推進與發(fā)電 磁分離112強磁場的用途 材

29、料加工、制作電磁冶金：在磁場中冶煉金屬，可獲得更好的材料磁拉單晶：在磁場中生成材料，可獲得更好的晶格取向磁制冷：利用材料在磁場中能量的變化，獲取低溫科學研究：研究物質(zhì)的電磁特性合成開發(fā)新型材料（5）強磁場 113日本 10T，10cm無液氮超導磁體（5）強磁場 114著名的強磁場實驗室：國外：德國德雷斯頓強磁場實驗室美國國家強磁場實驗室美國卡拉克大學強磁場實驗室法國圖盧茲脈沖強磁場實驗室國內(nèi)：中科院合肥等離子體物理研究所華中科技大學脈沖強磁場實驗室（5）強磁場 115美國佛羅里達的 NHMFL實驗室穩(wěn)態(tài)磁場的最高記錄 45T水冷磁體：內(nèi)徑為32mm，電源為24.6MW，產(chǎn)生的磁場為31T超導磁

30、體：外層Nb-Ti，兩個內(nèi)層Nb3Sn線圈，產(chǎn)生14.3T45T的穩(wěn)態(tài)場混合磁體（5）強磁場 116（5）強磁場 117美國國家強磁場實驗室2003年由Bi-2212超導磁體產(chǎn)生 25.0T世界紀錄2007年利用Y124超導磁體產(chǎn)生 26.8T世界紀錄26.8T超導磁體（5）強磁場 118德國 德累斯頓強磁場實驗室（5）強磁場 119我校 脈沖強磁場國家科學中心（5）強磁場 120小知識：國家級科技創(chuàng)新基地金字塔 國家科學中心大科學工程國家實驗室國家重點實驗室國家工程技術研究中心國家工程研究中心國家工程實驗室省部級重點實驗室、工程技術研究中心國家國防科技重點實驗室基礎性、前沿性；關鍵技術、成果

31、轉(zhuǎn)化；產(chǎn)業(yè)競爭力一般有企業(yè)參與科學院承擔較多。（脈沖強磁場國家科學中心） 121小知識：我校的國家級科技平臺 武漢光電國家實驗室（籌）國家重大科技基礎設施：強磁場實驗裝置（聯(lián)合）國家重點實驗室：激光技術/數(shù)字制造裝備與技術/煤燃燒/材料成型與模具國家國防科技重點實驗室：多譜信息處理國家工程實驗室：下一代互聯(lián)網(wǎng)接入系統(tǒng)(聯(lián)合)國家工程研究中心：激光加工/制造裝備數(shù)字化國家工程技術研究中心：數(shù)控系統(tǒng)/企業(yè)信息化CAD應用支撐軟件/防偽/納米藥物國家專業(yè)實驗室：新型電機/外存儲系統(tǒng)1226.3 超導磁體的應用 概論 粒子加速器 磁約束核聚變 核磁共振成像 強磁場 磁懸浮軸承、磁懸浮列車 磁流體推進與

32、發(fā)電 磁分離123磁懸浮的創(chuàng)意 （6）磁懸浮、磁懸浮列車 124利用超導塊材的磁懸浮利用電磁鐵的磁懸浮車上線圈地上線圈地上感應磁場浮力（6）磁懸浮、磁懸浮列車 125高溫超導磁浮車模型試驗西南交大超導塊材磁懸浮車利用超導塊材的磁懸浮個人意見：因為沒有解決超導塊材磁通逃逸的技術難題，基于超導塊材的磁懸浮難以長時間運行，要實現(xiàn)商業(yè)化，還有待超導塊材技術的進步。（6）磁懸浮、磁懸浮列車 126上海磁懸浮列車 懸浮力推進力導向力三個力（6）磁懸浮、磁懸浮列車 127懸浮力：車上線圈地上線圈車的運動方向I1I2(a) 產(chǎn)生浮力的線圈布局車上線圈地上線圈地上感應磁場浮力(b) 兩線圈之間產(chǎn)生浮力永磁懸?。捍艌鋈?，1.5T超導塊材磁懸浮：磁通逃逸無論是磁懸浮軸承，還是磁懸浮列車，使用電磁鐵是較為現(xiàn)實的方法。為獲得較強磁場，提高懸浮力，就需要使用超導磁體。（6）磁懸浮、磁懸浮列車 128推進力：直線電機 ABCXYZFF轉(zhuǎn)子定子定子轉(zhuǎn)子F，V行波磁場AZBXCY(a) 旋轉(zhuǎn)電機(b) 直線電機（6