[发明专利]一种超导小球的磁悬浮支撑定位装置

说明书

本发明公开了一种超导小球的磁悬浮支撑定位装置及支撑定位调节方法，包括：类球形腔体，其下端外部套设有环形磁铁和高度调节线圈；类球形腔体侧面外部设置有水平凸起平台；水平凸起平台外围绕设有水平位置调节线圈；类球形腔体上端和下端分别设置有上端凸起平台和下端凸起平台；由于超导小球的抗磁特性，超导小球悬浮在类球形腔体正中央；高度调节线圈用于调节超导小球的竖直高度，水平位置调节线圈用于调节超导小球的水平位置，从而通过高度调节线圈和水平位置调节线圈的附加磁场来补偿装配产生的误差，以满足激光聚变对超导小球定位的苛刻要求。水平位置调节线圈和高度调节线圈连接有PID控制电流源，可以实现对超导小球快速精准的定位。

技术领域

本发明属于激光聚变靶丸支撑定位装置技术领域，更具体地说，本发明涉及一种超导小球的磁悬浮支撑定位装置及支撑定位调节方法。

背景技术

在激光聚变试验中，靶丸的支撑方式是影响内爆对称性的重要环节。传统的支撑方式均为接触式支撑，如双层薄膜支撑、细丝支撑等，均不可避免的破坏球对称性。研究表明，在夹持膜与靶丸分离的界面上存在明显的对称性扰动。磁悬浮作为非接触式的支撑方式，有望显著降低由夹持膜带来的对称性扰动。将磁悬浮应用于靶丸的支撑虽然早有设想，但实验上是从未实现过的。

超导磁悬浮是利用超导体的抗磁性来对抗物体的重力，实现物体在空中悬浮的技术。该技术本身是成熟且应用广泛的，如磁悬浮列车等。但将磁悬浮应用于激光聚变的靶丸支撑，是从来没有实现过的。历史上对这一问题较为深入讨论的是日本的A.Ishiyama等人(IEEE.T.Appl.Supercon.21(2011) 3)，他们设计的磁悬浮方案要用三个电流线圈来产生磁场。其方案示意图如图3所示，线圈1、线圈2主要用于提供悬浮力，线圈3则主要用于提高悬浮小球的稳定性。该方案可通过控制线圈电流的大小，精确调节超导小球的位置，且调节范围可达厘米量级。

与之不同的是，本发明申请人一篇发表于2018年的论文设计了一种用永磁铁产生磁场来实现超导小球悬浮的方案(Matter and Radiation at Extremes 3 (2018)104-109)。由于永磁铁承载的等效电流密度远大于传导电流密度，所以该方案的优势在于所需的支撑材料少，体积更小。在激光聚变这一应用场景下，不会有遮挡光路的情况发生。

上述两种技术方案各有优势，但都存在明显的不足。对于Ishiyama的方案，由于用到三个电流线圈，且传导电流要达到百安培量级，其线圈的体积将会相当庞大。对于激光聚变这一特定的应用场景来说是不可接受的，因为激光需要从四面八方，各个角度到达靶丸附近，光路不可能完美绕开庞大的线圈。如果要考虑小球水平位置的调控，还需要附加更多的线圈，使这一方案更加不具有可行性。申请人自己所提的方案在设计之初就充分考虑了激光光路的问题，因而采用永磁铁来产生磁场，大大减小了所需的支撑材料体积。其缺点在于，悬浮小球的位置完全由磁铁的装配位置决定，一旦磁铁装配完成，小球的位置便不可调节。由于装配误差总是存在的，因而可能无法满足激光聚变对小球定位的苛刻要求。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种超导小球的磁悬浮支撑定位装置，包括：

用于放置超导小球的类球形腔体，其下端外部套设有环形磁铁和高度调节线圈，且所述高度调节线圈位于环形磁铁下方；

所述类球形腔体侧面外部设置有多个水平凸起平台，每个水平凸起平台外围绕设有水平位置调节线圈，每个水平凸起平台上开设有水平观测孔；所述类球形腔体上端和下端分别设置有上端凸起平台和下端凸起平台，且上端凸起平台和下端凸起平台上均开设有竖直观测孔；