超導(dǎo)磁體案例研究：設(shè)計(jì)和運(yùn)行要點(diǎn)（第二版）

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(xiàn)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(xiàn)圈的磁場(chǎng)分析 
3.4.1 簡(jiǎn)單線(xiàn)圈 
3.4.2 諧波誤差———嵌套雙線(xiàn)圈磁體 
3.5 軸向力 
3.5.1 兩個(gè)環(huán)線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)圈———中平面軸向力 
3.5.6 嵌套雙線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn) 
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(xiàn)圈 
3.9.10 問(wèn)題 3.4: 亥姆霍茲線(xiàn)圈的分析———
另一種方法
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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)圈磁體 
3.9.25 問(wèn)題 3.14: 螺管線(xiàn)圈的中平面軸向力 
3.9.26 問(wèn)題 3.15: 嵌套型雙線(xiàn)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(xiàn)圈磁體的徑向力 
3.9.31 討論 3.14: 45T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(xiàn)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: 1.8K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(xiàn) 
4.6.18 討論 4.15: “干式” 引線(xiàn)———常規(guī)金屬和HTS 
4.6.19 問(wèn)題 4.4: 氣冷HTS電流引線(xiàn)———全超導(dǎo)型 (FSV)
4.6.20 問(wèn)題 4.5: 氣冷HTS引線(xiàn)———電流分流型 
4.6.21 討論 4.16: FSV和CSV電流引線(xiàn)的保護(hù) 
4.6.22 討論 4.17: HTS電流引線(xiàn)———銅延伸段 
4.6.23 問(wèn)題 4.6: 6kA氣冷HTS電流引線(xiàn) 
4.6.24 討論 4.18: “最優(yōu)”CSV引線(xiàn) 
4.6.25 問(wèn)題 4.7: 氣冷黃銅電流引線(xiàn) 
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(xiàn)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
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(xiàn)性冷卻曲線(xiàn) 
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(xiàn) 
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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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