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一种具有内外双层结构导体的单匝线圈式破坏性脉冲磁体

  • 国知局
  • 2024-09-05 14:50:51

本申请属于脉冲强磁场,更具体地,涉及一种具有内外双层结构导体的单匝线圈式破坏性脉冲磁体。

背景技术:

1、单匝线圈是一种用于产生超强磁场的破坏性脉冲磁体,目前单匝线圈已广泛用于材料磁化、磁光效应等领域的科学实验中。为了产生超强磁场,单匝线圈磁体的电容器脉冲电源系统规模通常极其庞大,同时单匝线圈的电流-磁场转换效率较低,为了实现100t磁场,通常需要几百千安的大电流。因此,通过磁体优化设计,增加线圈磁场并提高电流-磁场转换效率具有重要的工程意义。

2、在不改变电源参数的条件下,制约传统单匝线圈磁体峰值磁场大小的原因主要有两点,电磁扩散效应和导体冲击变形。所谓电磁扩散效应是指,传统单匝线圈一般由一匝纯铜导体制成,在放电刚开始时,由于趋肤效应,电流主要集中在导体内表面,并导致导体内表面产生剧烈的温升和相变,使电导率快速下降。受内表面电导率下降的影响,电流将逐渐从导体内表面向导体内部移动,使电流距离线圈中心点的距离随着放电的进行而不断变大;所谓导体冲击变形是指,由于放电电流极大,导体承受的电磁力远超过导体的屈服强度,使导体发生极高速度的沿径向向外的冲击变形,使线圈的内直径随着放电的进行不断增加。以上两点原因都对峰值磁场由削弱作用,而要在不改变电源参数的条件下提升单匝线圈磁体的峰值磁场,必须立足于以上两点原因提出磁体的优化方案。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷,本申请的目的在于提供一种具有内外双层结构导体的单匝线圈式破坏性脉冲磁体,旨在解决现有的单匝线圈破坏性脉冲磁体的电流-磁场转换效率较低的问题。

2、为实现上述目的,本申请提供了一种具有内外双层结构导体的单匝线圈式破坏性脉冲磁体,所述内外双层结构导体由位于内层的铜导体和位于外层的钨导体组成,或者,由位于内层的铜导体和位于外层的钽导体组成。

3、优选地,位于内层的导体和位于外层的导体通过焊接方式紧固连接。

4、优选地,位于内层的导体厚度小于位于外层的导体厚度。

5、优选地,位于内层的导体厚度占磁体线圈总厚度的5%~20%;位于外层的导体厚度占磁体线圈总厚度的80%~95%。

6、优选地,在放电前使用液氮对磁体线圈进行预冷却。

7、优选地,所述磁体线圈径向总厚度为毫米级,磁体线圈的轴向高度等于磁体线圈的内直径。

8、优选地,所述磁体线圈截面为矩形。

9、优选地,所述单匝线圈式破坏性脉冲磁体的峰值磁场为100t-300t。

10、优选地,还包括:梯形电极板;

11、所述梯形电极板包括两个平行布置的梯形金属板,其与磁体线圈轴向截面平行,均布置在磁体线圈一侧与两块电极板垂直;

12、磁体线圈的两端分别焊接在两块电极板上。

13、总体而言,通过本申请所构思的以上技术方案与现有技术相比,具有以下有益效果:

14、本申请提供了一种具有内外双层结构导体的单匝线圈式破坏性脉冲磁体,所述内外双层结构导体由位于内层的铜导体和位于外层的钨导体组成,或者,由位于内层的铜导体和位于外层的钽导体组成。在放电时,一方面,由于(外层)钨或钽的电导率远低于(内层)固态铜甚至液态铜的电导率,因此电流会被迫尽可能多地流经内层铜导体,几乎所有的电流都集中在内层铜导体上,沿径向向外层导体的电磁扩散效应得到了抑制,有利于减小电流到线圈中心点的距离;另一方面,由于(外层)钨或钽的密度远大于(内层)铜的密度,在内层铜导体受到巨大电磁力而发生沿径向向外的冲击变形时,外层钨或钽导体发挥了对内层导体的质量阻尼作用,抑制内层导体在电磁力下的变形,延缓内层导体的破坏时间,抑制表面线圈的内直径变大。基于以上两方面特征,单匝线圈磁体的峰值磁场得到了提高。本发明能在电源系统参数不变的前提下有效提高单匝线圈磁体的峰值磁场大小。本申请所需的配件较少,制作与装配工艺简单,能够以较为简单的工艺达到提高破坏性脉冲磁体磁场大小的结果。

技术特征:

1.一种具有内外双层结构导体的单匝线圈式破坏性脉冲磁体,其特征在于,所述内外双层结构导体由位于内层的铜导体和位于外层的钨导体组成,或者,由位于内层的铜导体和位于外层的钽导体组成。

2.如权利要求1所述的单匝线圈式破坏性脉冲磁体,其特征在于,位于内层的导体和位于外层的导体通过焊接方式紧固连接。

3.如权利要求1所述的单匝线圈式破坏性脉冲磁体,其特征在于,位于内层的导体厚度小于位于外层的导体厚度。

4.如权利要求3所述的单匝线圈式破坏性脉冲磁体,其特征在于,

5.如权利要求1所述的单匝线圈式破坏性脉冲磁体,其特征在于,在放电前使用液氮对磁体线圈进行预冷却。

6.如权利要求1所述的单匝线圈式破坏性脉冲磁体,其特征在于,所述磁体线圈径向总厚度为毫米级,磁体线圈的轴向高度等于磁体线圈的内直径。

7.如权利要求6所述的单匝线圈式破坏性脉冲磁体,其特征在于,所述磁体线圈截面为矩形。

8.如权利要求1所述的单匝线圈式破坏性脉冲磁体,其特征在于,所述单匝线圈式破坏性脉冲磁体的峰值磁场为100t-300t。

9.如权利要求1至8任一项所述的单匝线圈式破坏性脉冲磁体,其特征在于,还包括:梯形电极板;

技术总结本申请属于脉冲强磁场技术领域,具体公开了一种具有内外双层结构导体的单匝线圈式破坏性脉冲磁体。通过本申请,内外双层结构导体由位于内层的铜导体和位于外层的钨导体组成,或者,由位于内层的铜导体和位于外层的钽导体组成。在放电时,一方面,由于钨或钽的电导率远低于铜的电导率,因此电流会被迫尽可能多地流经内层铜导体,几乎所有的电流都集中在内层铜导体上,沿径向向外层导体的电磁扩散效应得到了抑制;另一方面,由于钨或钽的密度远大于铜的密度,在内层导体受到巨大电磁力而发生沿径向向外的冲击变形时,外层导体发挥对内层导体的质量阻尼作用,抑制内层导体的变形,延缓内层导体的破坏时间。单匝线圈磁体的峰值磁场得到提高。技术研发人员:彭涛,葛翱铭,吕以亮,潘子迎受保护的技术使用者:华中科技大学技术研发日:技术公布日:2024/9/2

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