专利摘要

本实用新型公开了一种超导腔用低温磁场补偿系统，包括磁屏蔽筒体和测试吊架，所述测试吊架用于连接超导腔，将所述超导腔固定在所述磁屏蔽筒体内；其特征在于，还包括一励磁系统；所述励磁系统用于安装在所述超导腔上，对地磁场和超导腔工装设备的剩磁进行抵消或补偿。本系统能够降低超导腔区域的环境磁场，并可以实现超导腔磁场环境的灵活设置，进行超导腔的性能提升实验研究。

权利要求

1.一种超导腔用低温磁场补偿系统，包括磁屏蔽筒体和测试吊架，所述测试吊架用于连接超导腔，将所述超导腔固定在所述磁屏蔽筒体内；其特征在于，还包括一励磁系统；所述励磁系统用于安装在所述超导腔上，对地磁场和超导腔工装设备的剩磁进行抵消或补偿。

2.如权利要求1所述的超导腔用低温磁场补偿系统，其特征在于，所述励磁系统包括薄膜加热器、若干温度传感器、若干磁通门传感器和两个励磁线圈；其中，两所述励磁线圈分别用于安装在所述超导腔上、下两端的束管上，并通过连接杆组合成为一个整体；所述薄膜加热器用于安装在所述超导腔上，用来改变超导腔的温度；所述温度传感器用于安装在所述超导腔上，用来实时监测超导腔设定位置的温度，并将采集的温度信息发送给数据采集及硬件控制系统；所述磁通门传感器用于安装在所述超导腔上，用来监测超导腔设定位置的磁场，并将监测的磁场信息发送给数据采集及硬件控制系统，数据采集及硬件控制系统根据所述磁通门传感器监测的磁场数值调整所述励磁线圈的电流。

3.如权利要求2所述的超导腔用低温磁场补偿系统，其特征在于，包括三套所述磁通门传感器；三套所述磁通门传感器用于均匀分布在所述超导腔的赤道面上，并且所述磁通门传感器的安装方向与所述超导腔轴向平行。

4.如权利要求2所述的超导腔用低温磁场补偿系统，其特征在于，所述薄膜加热器用于粘贴在所述超导腔的上端束管中部。

5.如权利要求2所述的超导腔用低温磁场补偿系统，其特征在于，所述薄膜加热电阻材质为聚酰亚胺材质。

6.如权利要求2所述的超导腔用低温磁场补偿系统，其特征在于，包括三个温度传感器，分别用于安装在所述超导腔上、下束管的根部和赤道位置上。

7.如权利要求1所述的超导腔用低温磁场补偿系统，其特征在于，还包括一内层磁屏蔽顶盖，所述内层磁屏蔽顶盖安装在所述测试吊架的吊板上方。

8.如权利要求7所述的超导腔用低温磁场补偿系统，其特征在于，所述内层磁屏蔽顶盖为圆形结构，所述内层磁屏蔽顶盖的外边缘开有四个大孔和四个小孔；所述大孔用于所述磁屏蔽筒体的真空管道穿过，所述小孔作为射频电缆、加热器和传感器电缆的通道。

9.如权利要求1所述的超导腔用低温磁场补偿系统，其特征在于，所述磁屏蔽筒体包括内层磁屏蔽筒体和外层磁屏蔽筒体；内层磁屏蔽筒体安装在杜瓦内层内并浸泡在液氦里，外层磁屏蔽筒体安装在杜瓦液氮冷屏和杜瓦外层之间的隔热真空中；内层磁屏蔽筒体与杜瓦内层之间安装有支撑块，杜瓦内层与液氮冷屏之间安装有支撑块，液氮冷屏与外层磁屏蔽筒体之间安装有支撑块，外层磁屏蔽筒体与杜瓦外层之间安装有支撑块。

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种超导腔用低温磁场补偿系统，属于粒子加速器、超导低温技术领域。

背景技术

超导腔用低温磁场补偿系统是进行超导腔表面电阻特性研究的重要实验设备，其是一套由多种材料和设备构成的磁场屏蔽和补偿系统。其工作在2K(或4K)低温、高真空、辐射的恶劣环境中，主要作用是屏蔽地磁场，并对超导腔的环境磁场进行补偿，并可以设定产生不同强度的磁场开展超导腔电磁特性的实验研究。

为了更深入的探索研究物质的深层次结构，揭示自然界的奥秘和规律，并推动基础研究在技术领域的应用，超导加速器成为科学家们关注的焦点。超导加速器能够在很短的距离内将粒子加速到较高的能量，可以让这些高能粒子对撞进行高能物理研究，也可以利用粒子发出的射线进行生命物质、材料结构的分析研究。因此国内外多个大型的超导加速器项目也应运而生，如美国正在建造的直线加速器相干光源项目、上海硬X射线自由电子激光装置、多个国家计划联合建造的未来国际直线对撞机项目，以及由中科院高能所提出的未来环形对撞机等工程项目为了高的电子束能量，需要大量的超导腔。

由于超导腔的制造工艺复杂，配套低温设备等价格昂贵，运行成本高，因此需要进一步提高超导腔性能，减少超导腔的数量，降低超导加速器建造和运行的成本。超导腔性能的一个重要性能参数是超导腔的表面电阻，降低超导腔的表面电阻可以提升超导腔的Q0值，减小低温损耗，超导腔也可以工作在更高的加速梯度下，从而达到降低成本的目的。影响超导腔表面电阻的一个重要因数是超导腔所处环境的磁场，由于超导腔进行超导转变时会发生磁通俘获，导致超导腔的表面电阻升高，并且超导腔性能受磁通俘获的影响情况也需要进一步的深入研究，因此需要一套应用于低温环境的磁场补偿系统来实时监测超导表面的磁场变化，能够调节超导腔的环境磁场，以便对超导腔特性实验的研究，并可以将环境磁场补偿至可以接受的安全限内保证超导腔的高Q0性能不受外界磁场影响。

目前国内外通用的降低超导腔环境磁场的方法是通过高磁导率的材料加工成筒体，并安装在超导腔测试杜瓦内层和隔热真空层，如图1所示。

通用超导腔环境磁场抵消装置主要由内层磁屏蔽和外层磁屏蔽两部分组成。内层磁屏蔽安装在杜瓦的最内层，外层磁屏蔽安装在杜瓦液氦冷屏和最外层之间，超导腔安装在内层磁屏蔽的中心位置靠近底部。

此方案存在以下缺点和不足：

(1)对超导腔吊装区域地磁场的屏蔽抵消只能到10mGs左右，很难再降低，并且内层磁屏蔽筒体无顶盖，也会降低对地磁的屏蔽效果；

(2)无法对磁屏蔽内部超导腔工装部件的磁场进行屏蔽补偿；

(3)无法灵活设定和改变超导腔区域的环境磁场，对超导腔进行性能测试研究。

以上三点在一定程度上影响了超导腔的测试性能，不利于超导腔性能改进提升的实验研究，对高性能超导腔的发展应用和降低成本也造成一定影响。

实用新型内容

针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的在于提供一种超导腔用低温磁场补偿系统，进一步降低超导腔区域的环境磁场，并可以实现超导腔磁场环境的灵活设置，进行超导腔的性能提升实验研究。

本实用新型的技术方案为：

一种超导腔用低温磁场补偿系统，包括磁屏蔽筒体和测试吊架，所述测试吊架用于连接超导腔，将所述超导腔固定在所述磁屏蔽筒体内；其特征在于，还包括一励磁系统；所述励磁系统用于安装在所述超导腔上，对地磁场和超导腔工装设备的剩磁进行抵消或补偿。

进一步的，所述励磁系统包括薄膜加热器、若干温度传感器、若干磁通门传感器和两个励磁线圈；其中，两所述励磁线圈分别用于安装在所述超导腔上、下两端的束管上，并通过连接杆组合成为一个整体；所述薄膜加热器用于安装在所述超导腔上，用来改变超导腔的温度；所述温度传感器用于安装在所述超导腔上，用来实时监测超导腔设定位置的温度，并将采集的温度信息发送给数据采集及硬件控制系统；所述磁通门传感器用于安装在所述超导腔上，用来监测超导腔设定位置的磁场，并将监测的磁场信息发送给数据采集及硬件控制系统，数据采集及硬件控制系统根据所述磁通门传感器监测的磁场数值调整所述励磁线圈的电流。

进一步的，包括三套所述磁通门传感器；三套所述磁通门传感器用于均匀分布在所述超导腔的赤道面上，并且所述磁通门传感器的安装方向与所述超导腔轴向平行。

进一步的，所述薄膜加热器用于粘贴在所述超导腔的上端束管中部。

进一步的，所述薄膜加热电阻材质为聚酰亚胺材质。

进一步的，包括三个温度传感器，分别用于安装在所述超导腔上、下束管的根部和赤道位置上。

进一步的，还包括一内层磁屏蔽顶盖，所述内层磁屏蔽顶盖安装在所述测试吊架的吊板上方。

进一步的，所述内层磁屏蔽顶盖为圆形结构，所述内层磁屏蔽顶盖的外边缘开有四个大孔和四个小孔；所述大孔用于所述磁屏蔽筒体的真空管道穿过，所述小孔作为射频电缆、加热器和传感器电缆的通道。

进一步的，所述磁屏蔽筒体包括内层磁屏蔽筒体和外层磁屏蔽筒体；内层磁屏蔽筒体安装在杜瓦内层内并浸泡在液氦里，外层磁屏蔽筒体安装在杜瓦液氮冷屏和杜瓦外层之间的隔热真空中；内层磁屏蔽筒体与杜瓦内层之间安装有支撑块，杜瓦内层与液氮冷屏之间安装有支撑块，液氮冷屏与外层磁屏蔽筒体之间安装有支撑块，外层磁屏蔽筒体与杜瓦外层之间安装有支撑块。

如图2所示为本申请的超导腔用低温磁场补偿系统的设计方案示意图。本方案设计的超导腔用低温磁场补偿系统主要由磁屏蔽筒体及顶盖、励磁系统等多个部分组成。能够满足超导腔对地磁场环境的要求，并可以灵活设定环境磁场参量进行超导腔的性能改进提升研究。

①磁屏蔽筒体及内层磁屏蔽顶盖：

如图3所示为磁屏蔽筒体及顶盖结构安装示意图。内层磁屏蔽筒体安装在杜瓦的最内层并浸泡在液氦里，外层磁屏蔽筒体安装在杜瓦液氮冷屏和杜瓦外层之间的隔热真空中，内层磁屏蔽顶盖安装在测试吊架的吊板上方。内层磁屏蔽顶盖与内层磁屏蔽筒体组成相对封闭空间，提高对地磁场的屏蔽效果。磁屏蔽都安装有支撑块，以保证磁屏蔽筒体与杜瓦之间的间隙均匀，并防止筒体发生变形。如图4所示为内层磁屏蔽顶盖的结构示意图，内层磁屏蔽顶盖为圆形结构，并且在屏蔽板的外侧开有八个孔：四个大孔和四个小孔。真空管道从四个大孔穿过，小孔作为射频电缆、加热器，以及其它传感器电缆的通道。

②励磁系统：

如图5所示为超导腔用低温磁场补偿系统励磁系统的结构示意图。两个励磁线圈分别安装在超导腔上下两端束管上，并通过四个连接杆组合成为一个整体；薄膜加热器粘贴在超导腔的上端束管中部；三套磁通门传感器以120度的夹角均匀分布在超导腔的赤道面上，并且磁通门传感器的安装方向与超导腔轴向平行；三个温度传感器分别安装在超导腔上下束管的根部和中间赤道位置上。以上所有设备和传感器信号线通过测试吊架引出至外界PC机数据采集控制系统，以及相应的驱动电流源。温度传感器用来实时监测超导腔不同位置的温度，判断超导腔的超导转变情况；磁通门传感器监测超导腔赤道不同位置的磁场，数据采集及硬件控制系统根据磁通门传感器监测的磁场数值进行反馈，调整励磁线圈电流，根据设定的磁场参数值进行超导腔环境磁场的调节(磁场调节范围0-200mGs，调节精度小于0.5mGs，线圈均匀度误差小于2％)；薄膜加热器用来改善超导腔发生超导转变时的表面温度梯度，并与励磁线圈配合，以便于超导腔俘获磁通排出的实验研究。通过此励磁系统能够实现超导腔环境磁场的精密调节和控制，进一步降低剩磁对超导腔性能的影响，并可以设定多种磁场环境开展实验研究。

与现有技术相比，本实用新型的积极效果为：

(1)增加内层磁屏蔽顶盖：在测试吊架上安装内层磁屏蔽顶盖在内层磁屏蔽筒体正上方，不直接接触，形成对地磁场的一个相对密封空间，进一步改善对超导腔区域地磁场的屏蔽效果。

(2)增加励磁线圈：在超导腔周围安装励磁线圈，通过励磁线圈产生的磁场对地磁场和超导腔工装设备的剩磁进行抵消和补偿；

(3)增加薄膜加热器：改善超导腔超导转变时的表面温度梯度，与励磁线圈配合，便于超导腔俘获磁通排出的实验研究。

附图说明

图1为通用超导腔环境磁场抵消装置；

图2为超导腔用低温磁场补偿系统设计方案示意图；

图3为磁屏蔽筒体及内层磁屏蔽顶盖结构安装示意图；

图4为内层磁屏蔽顶盖结构示意图；

图5为励磁系统结构示意图；

其中，1-测试吊架，2-吊板，3-夹板，4-吊杆，5-超导腔，6-内层磁屏蔽筒体，7-外层磁屏蔽筒体，8-杜瓦内层，9-杜瓦外层，10-液氮冷屏，11-支撑块，12-内层磁屏蔽顶盖，13-励磁线圈，14-薄膜加热器，15-磁通门传感器，16-温度传感器，17-大孔，18-小孔。

具体实施方式

为了更好的理解本实用新型的技术方案，下面结合具体实施例对本实用新型做进一步的详细描述。

本实用新型的外层磁屏蔽筒体采用坡莫合金1J85进行加工制作，内层磁屏蔽筒体和内层磁屏蔽顶盖由于浸泡在液氦里可以采用坡莫合金1J79制作，以便保证材料的屏蔽效果。励磁线圈采用聚酰亚胺漆包线进行绕制，线圈的支撑工装可以采用无磁并且低温性能良好的G10材料。薄膜加热电阻材质为聚酰亚胺材质，可以工作在液氦的低温环境中。单轴磁通门可以选用英国Bartington的商业传感器探头，也可以专门开发研制。温度传感器可以采用cernox低温传感器。

综上所述，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

一种超导腔用低温磁场补偿系统专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。