MgB2超导磁共振磁体试验研究

论文摘要

MgB2作为发现的新型超导材料,其超导起始转变温度达到39K,是目前发现的临界温度最高的金属化合物。该超导材料具有晶体结构简单、相干长度长、加工制作简单等很多优点,使得该材料在很多方面应用被看好。MgB2一般应用于小型高场磁体的制作,并在国际和国内已经取得了很好的结果。2006年,意大利和美国在MgB2超导MRI磁体技术上取得了突破性进展,很好的说明了MgB2在磁共振应用上的可能性。本文将设计并制作应用于全身的MgB2超导MRI磁体样机。本文对0.6T MgB2高温超导磁体制作技术的理论和试验进行了详细研究。概述了超导磁体设计的一般理论；研究了本课题使用的MgB2带材临界电流性能和力学性能,测试得到短样在20K时临界电流为156A,对带材进行不同负载的拉伸试验,得到了拉拔对带材临界电流的影响；运用有限元分析软件详细介绍了磁场分析过程,得到了0.6T磁场的分布区域。其次,本文对杜瓦的设计进行了详细的研究。进行了杜瓦壳体设计,对杜瓦壳体的结构进行了加强设计；设计了磁体线圈的悬挂支撑结构,该结构能够承受较大的电磁力,单根拉杆承受拉力为5558N,并且该装置可以对拉杆长度进行调节；对杜瓦系统的真空进行了讨论,介绍了真空获得设备、真空阀门选择、真空绝热以及真空的测量相关知识；介绍了低温的获得设备-制冷机、本试验采用的真空绝热方法和温度、温差的测量方法。第三,对设计制作的各部件进行组装,进行了真空和低温的试验,介绍了密封胶圈的制作、真空腔体的清理,采用机械泵与扩散泵组成的真空机组获得真空,最低真空度为2.6×10-4Pa,采用液氮预冷与制冷机联合制冷方法,取得了良好的试验结果。最终完成了国内第一台0.6TMgB2高温超导磁共振磁体样机。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 超导及超导电性基本理论
• 1.1.1 超导发展简史
• 1.1.2 超导电性的基本理论
• 1.2 高温超导材料的发展现状
• 1.3 超导与低温技术的发展
• 1.4 磁共振成像（MRI）与超导
• 1.5 MgB2超导磁体研究现状
• 1.6 研究内容与意义
• 第2章 超导磁体设计
• 2.1 超导磁体设计概述
• 2.2 超导磁体轭铁设计
• 2.3 超导带材性能测试
• 2.3.1 带材临界电流性能测试
• 2.3.2 带材力学性能测试
• 2.4 磁共振磁体的磁场计算
• 2.4.1 磁场计算的电磁学理论
• 2.4.2 磁体磁场计算
• 2.4.3 基于有限元方法的电磁场分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 超导磁体杜瓦设计
• 3.1 杜瓦壳体设计
• 3.1.1 杜瓦壳尺寸设计
• 3.1.2 杜瓦壳体结构加强设计
• 3.1.3 杜瓦壳体密封设计
• 3.2 悬挂支撑装置的设计
• 3.2.1 悬挂装置的结构设计
• 3.2.2 结构机械强度分析试验
• 3.3 杜瓦真空的实现
• 3.3.1 真空的获得-真空泵
• 3.3.2 真空度测量方法
• 3.3.3 真空阀门的选择
• 3.4 低温
• 3.4.1 低温的获得-G-M制冷机
• 3.4.2 真空绝热
• 3.4.3 低温的测量
• 3.4.4 温差的测量
• 3.5 本章小结
• 第4章 试验过程与结果
• 4.1 真空试验过程
• 4.1.1 真空杜瓦表面清理
• 4.1.2 密封胶圈的制作
• 4.1.3 真空度的测量
• 4.2 试验的降温过程
• 4.2.1 液氮预冷降温
• 4.2.2 制冷机直接冷却降温
• 4.3 磁体系统的组装
• 4.4 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文、专利与获奖