能量耦合转移失超保护技术在subSMCC2共线圈磁体中的应用与验证

《IEEE Transactions on Applied Superconductivity》：ESC Enables Protection of an Accelerator Superconducting Magnet With > 5 kA/mm2 Copper Current Density

　　

摘要：

一种名为“能量耦合转移（ESC）”的新型失超保护技术最近被提出，对于高场磁体的保护极具前景。ESC系统包含正常导电线圈，这些线圈与磁体线圈具有高度磁耦合，但电气隔离。当系统启动时，磁体的能量会迅速转移到ESC线圈中，从而显著降低磁体热点处的欧姆损耗，并由于瞬态损耗导致超导线圈转为正常状态。此外，在磁体电流放电过程中，磁体储存的部分能量会转移到ESC线圈中。ESC最近在欧洲核子研究中心（CERN）在一个长度为400毫米的扁平赛道结构（无孔径）上成功进行了验证。在本贡献中，我们展示了ESC方法应用于名为subSMCC2的子比例共线圈磁体的应用，该磁体由保罗·谢尔研究所（PSI）的磁体开发（MagDev）实验室设计和制造。subSMCC2是一个300毫米长的磁体，包含四个应力管理的Nb3Sn共线圈，设计目标是在9.5 kA短样品电流下，孔径和线圈峰值场分别达到约5.3 T和6.4 T。由于其非常高的稳定层电流密度（超过5 kA/mm2），在不使用能量提取的情况下对该磁体进行失超保护极为困难。所提出的基于ESC的失超保护方案依赖于两个矩形铜导体制成的ESC共线圈型线圈，它们位于磁体线圈的外侧。在欧洲核子研究中心（CERN）的磁体测试设施进行了测试，成功展示了ESC在各种工作条件下的性能。这些结果表明，ESC是一种有效且高性能的技术，能够保护电流密度极高的磁体。