蒋晓华 薛芃 黄伟灿 李烨

1) (清华大学,电机工程与应用电子技术系,北京 100084)

2) (中国科学院,深圳先进技术研究院,深圳 518055)

本文首先综述了大规模应用的超导磁体,依赖并推动铌三锡Nb3Sn导线技术进步,向更强磁场发展的趋势.着重分析了超高场14 T全身MRI磁体的挑战性技术.选择青铜Nb3Sn导线,采用Nb3Sn线圈和NbTi线圈相结合的混合结构,对14 T全身MRI磁体进行了电磁概念设计和热稳定性及失超保护仿真分析,并简要阐述了14 T全身MRI磁体在应力、接头和匀场方面的关键问题.根据分析结果认为： 1) Nb3Sn导线是14 T全身MRI磁体需要面临的首要挑战性问题 —作为最佳选择的青铜Nb3Sn导线,其现有产品的性能指标离14 T全身MRI磁体的要求尚存在有一定的差距； 2) 14 T全身MRI磁体的失超保护涉及线圈的铜超比设计、运行电流同线圈电感的协调配置、被动保护的分段策略和主动保护的失超触发控制以及主动屏蔽结构磁体在失超过程中的逸散磁场限制等多个十分复杂的环节,是最具挑战性的综合性技术.

1 概 述

大规模应用的超导磁体,主要包括磁共振成像(MRI)、核磁共振(NMR)、粒子加速器和热核聚变磁体,大都依赖于低温超导体,其中,技术成熟的铌钛(NbTi)导线和电缆占据主导地位.近年来,这些大规模应用的超导磁体向更强的磁场发展,这一方面使铌三锡(Nb3Sn)在导线技术和应用性能方面均取得了长足的进步,成为推动磁体强场化发展的基本保障,使磁体的磁场强度逐渐接近低温超导体NbTi和Nb3Sn的极限； 另一方……