[发明专利]一种带有辐射屏蔽筒的超导开关

说明书

技术领域

本发明涉及一种超导磁体用超导开关，特别涉及一种用于传导冷却超导磁体持续电流模式工作的超导开关。

背景技术

传导冷却超导磁体独特优势使其应用越来越广泛，逐渐有取代液氦浸泡超导磁体之势。与传统的液氦浸泡超导磁体系统不同，传导冷却超导磁体不使用液氦来冷却，而是使用二级制冷机作为冷源对超导磁体进行冷却。在传导冷却超导磁体充电完毕后，一般需要用超导开关和超导线圈组成闭环回路进行持久电流形式运行，这样可以使超导磁体获得极高稳定度的磁场，还可以降低外界噪声对超导磁体系统的影响，提高磁体运行的可靠性。可见在传导冷却超导磁体应用中，超导开关是一个重要的部件。

超导开关一般是利用超导材料的超导态-正常态的转换使超导开关从无阻状态转到有阻状态，达到使电路由导通到断开的目的；与之相对应利用超导材料的正常态-超导态的转换来实现电路的导通。超导开关超导态-正常态和正常态-超导态的转换，一般采用改变超导材料的温度或背景磁场来实现超导态和正常态之间的转换，与之相对应的两种超导开关分别称之为温控超导开关和磁控超导开关。其中，温控超导开关结构相对简单，实际应用中最为广泛。

传导冷却超导磁体系统中，超导磁体和超导开关都要靠制冷机进行冷却，而制冷机在某一温度下的制冷量是一确定值。因此超导开关同超导磁体之间的热连接存在矛盾因素：一方面，良好的热连接以确保超导开关能够充分冷却实现超导态；但另一方面，当超导开关工作于正常态时，超导开关与超导磁体之间需要良好的隔热以确保超导开关向超导磁体的传导热尽可能小，不会引起超导磁体的失超。

发明内容

本发明为了解决上述传导冷却超导磁体与超导开关之间热连接存在的矛盾因素，提出一种带有辐射屏蔽筒的超导开关。

传导冷却超导磁体系统中超导开关的热负荷主要来自外界的辐射热。如果将超导开关放置于一个与超导磁体等温的屏蔽筒中就能屏蔽掉所有流向超导开关的辐射热，那么采用较弱的热连接就能将超导开关冷却下来。这样当加热丝加热升高超导开关温度使其转换为正常态时，超导开关向超导磁体的传导热也就大大减少。

本发明的超导开关包括超导开关本体和辐射屏蔽筒。超导开关本体放置于辐射屏蔽筒中间且与辐射屏蔽筒无直接接触。超导开关本体通过一根连接杆固定在辐射屏蔽筒内底面上。辐射屏蔽筒为紫铜材料制成的密闭中空圆柱筒，辐射屏蔽筒底面向外伸出一周裙边。辐射屏蔽筒通过裙边上的固定孔紧密连接到超导磁体上，使辐射屏蔽筒冷却到与超导磁体几乎相同的温度。

所述的连接杆为不锈钢材料制成。连接杆的一端焊接在辐射屏蔽筒内底面上，另一端带有一段螺纹通过一个紧固螺母同超导开关本体固定。通过改变连接杆的截面积和长度即可调整超导开关本体与超导磁体之间热传导能力。

本发明的超导开关本体主要由超导线圈骨架、超导线圈、加热丝线圈骨架以及加热丝线圈组成。超导线圈骨架和加热丝线圈骨架都是采用紫铜材料制成两端带有法兰的圆筒，并且圆筒的底面封闭，封闭的圆筒底面中心都开有一小孔。超导线圈骨架的内径大于加热丝线圈骨架的外径。超导线圈骨架同轴套置在加热丝线圈骨架外侧，并且超导线圈骨架的封闭底面与加热丝线圈骨架的封闭底面紧贴。所述连接杆的带螺纹端从下向上穿入两个骨架封闭底面的中心小孔，在另一面加紧固螺母拧紧，将超导线圈骨架、加热丝线圈骨架及连接杆连接固定。超导线圈绕制在超导线圈骨架上并同超导线圈骨架之间热接触良好。加热丝线圈绕制在加热丝线圈骨架上并同加热丝线圈骨架之间热接触良好。

当给所述加热丝线圈通电时，加热丝线圈产生热量使整个超导开关本体的温度上升；当超导开关本体的温度高于临界温度T_c，T_c为超导线圈的超导临界温度，即超导线圈由超导态向正常态转变时的温度，超导开关本体由超导态转换为正常态。此时，由于连接超导开关本体和超导磁体的连接杆导热能力很弱，使得超导开关本体向超导磁体的传导热变得很小。当加热丝停止通电时，由于辐射屏蔽筒屏蔽掉所有外界向超导开关本体的辐射热，超导开关本体的热负荷几乎为零，靠导热能力很弱的连接杆依然可以将超导开关本体充分冷却，实现超导开关本体由正常态转换为超导态。

附图说明

图1是本发明实施例的带有辐射屏蔽筒的超导开关结构示意图，图中：1超导开关本体、2辐射屏蔽筒、3超导线圈骨架、4超导线圈、5加热丝线圈骨架、6加热丝线圈、7连接杆、8紧固螺母、9固定孔。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。