[发明专利]一种太赫兹源的强磁聚焦磁体系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于太赫兹源的强磁聚焦磁体系统，特别适合于具有运动系统的高功率太赫兹系统。

背景技术

太赫兹(THz)泛指频率在0.1～10THz的电磁波。从频率上看，太赫兹在无线电波和光波，毫米波和红外线之间，高于微波，低于红外线；从能量上看，它的能量大小在电子和光子之间。在电磁频谱上，太赫兹波段两侧的红外和微波技术已经非常成熟，但是太赫兹技术基本上还是一个空白，其原因是在此频段上，既不完全适合用光学理论来处理，也不完全适宜采用微波的理论来研究。太赫兹系统在半导体材料、高温超导材料的性质研究、断层成像技术、无标记的基因检查、细胞水平的成像、化学和生物的检查，以及宽带通信、微波定向等许多领域有广泛的应用。研究该频段的辐射源不仅将推动理论研究工作的重大发展，而且对固态电子学和电路技术也将提出重大挑战。可以预料，太赫兹技术将是21世纪重大的新兴科学技术领域之一。

目前太赫兹(THz)源的磁场主要采用常规电磁场，磁场强度较低，为此需要发展具有可移动、轻型化的强磁场聚焦系统以满足高功率THz源的使用需要。同时由于应用在高功率THz源的强磁聚焦磁体系统具有复杂的磁场外形，磁场的精度要求较高，为此需要特殊组合的线圈结构以实现高功率THz系统所要求的磁场强度和磁场空间特殊位形。随着新型超导材料和冷却方法的发展，将可以研制出用于高功率THz源的强磁聚焦磁体系统。

发明内容

本发明的目的是克服传统太赫兹(THz)源的强磁聚焦磁体系统的磁场强度偏低、磁场稳定度和精度较差的问题，提出一种强磁场磁聚焦磁体系统。本发明以NbTi线圈和Nb₃Sn线圈的多个超导线圈结构布置组合形成，同时采用微流热交换器与利兹(Litz)线分布式导冷结构，极大提高磁体系统的温度均匀性，以稀土掺杂有效提高超导线圈的稳定性，实现磁体系统在复杂环境下运行的需要。

本发明太赫兹(THz)源的强磁聚焦磁体系统，包括两个超导主线圈：第一超导主线圈和第二超导主线圈，四个超导校正线圈：第一超导校正线圈、第二超导校正线圈、第三超导校正线圈和超导校正线圈，以及两个阴极磁场补偿超导线圈。

所述的两个超导主线圈中，第一超导主线圈为圆筒形螺管线圈，位于本发明强磁聚焦磁体系统的最内层，承受的磁场强度达到16.5T。第一超导主线圈采用Nb3Sn超导线材制造。第二超导主线圈亦为圆筒形螺管线圈，同样由Nb3Sn超导线材制作，与第一超导主线圈同轴布置于第一超导主线圈的外表面。第一超导主线圈的外壁与第二超导主线圈的内壁之间的间隙为5mm。

所述的四个超导校正线圈中，第一超导校正线圈为螺管线圈，同轴布置于第二超导主线圈一端端部的外表面，与第二超导主线圈的间隙为6mm。第二超导校正线圈亦为螺管线圈，同轴布置于第一超导校正线圈的外表面，与第一超导校正线圈之间保持3mm的间隙。第三超导校正线圈三也为螺管线圈，同轴布置于第二超导主线圈另一端端部的外表面，与第二超导主线圈的间隙为6mm。第四超导校正线圈同样为螺管线圈，同轴布置于第三超导校正线圈的外表面，与第三超导校正线圈之间保持3mm的间隙。四个超导校正线圈均由NbTi超导线材制作。第一超导主线圈、第二超导主线圈、第一超导校正线圈、第二超导校正线圈、第三超导校正线圈，以及第四超导校正线圈组成的线圈系统可提供轴向200mm的均匀磁场区间和16T的高磁场。

为了校正阴极磁场强度达到3000高斯，本发明在第一超导主线圈和第二超导主线圈的轴向端面两侧分别布置有第一阴极磁场补偿超导线圈和第二阴极磁场补偿超导线圈。第一阴极磁场补偿超导线圈和第二阴极磁场补偿超导线圈均为螺管线圈，由NbTi超导线圈制作。

本发明THz强磁聚焦磁体系统以多个超导线圈按照优化空间电流密度分级布置组成，提供所要求的磁场强度，以分布式的电流补偿空间的磁场的不精确，消除多级分量实现磁场的精度要求，以产生高功率的THz输出所要求的强磁聚焦磁体系统。