超导磁体是粒子物理相关研究的“核心装备”,既能提供强磁场“按需”约束粒子轨迹,又能提供背景磁场用于捕捉粒子踪迹,在LHC、KEKB、BEPCII等大科学装置和μ⁻ → e⁻转换实验等领域得到广泛应用。
2014年,高能所联合无锡统力电工有限公司与大连康丰科技股份有限公司开展CEPC探测器磁体卢瑟福超导电缆的研制工作,为后续工作奠定了坚实基础。2018年,在EMuS项目支持下,高能所联合无锡统力电工与大连康丰开始研制专为EMuS项目设计的铝稳定卢瑟福超导电缆,于2020年成功批量生产了3段共4.5 km电缆,为国内首次研制成功该类型超导电缆[1-2]。高能所唐靖宇、侯治龙团队,联合合肥聚能电物理高技术开发有限公司历经近5年攻关,成功研制出首台采用全国产铝稳定卢瑟福超导电缆的螺线管超导磁体。合肥聚能电物理高技术开发有限公司负责完成了该超导磁体的加工制造和励磁测试。
该磁体具有大孔径、高场强和抗辐射的特点。其室温孔径860 mm,外径2300 mm,长1622 mm。励磁测试过程中无失超锻炼达到设计电流3945 A,无轭铁中心轴线上最高磁场强度3.91 T(加轭铁磁场将提高至约4.5 T)。EMuS设计方案中的俘获磁体轴线上自靶中心沿束流方向近 2 m范围内磁场强度从5 T下降至2.5 T,采用4个线圈直径从1 m 增加至1.4 m的设计来实现。此次研制成功的磁体其线圈为EMuS俘获磁体磁场最高的一个线圈。该磁体于近期通过验收,测试结果达到设计要求。中国科学院强磁场科学中心陈文革研究员担任验收专家组组长,成员包括来自高能所、强磁场中心、上海艾普强粒子设备有限公司等国内多家单位的专家。
本项目得到国家自然科学基金重大科研仪器研制项目的支持,由高能所联合国内多家单位完成。它适用于强辐射环境,其技术对我国以及国际上的对撞机谱仪磁体(如CEPC)、缪子源俘获磁体以及轴子观测磁体(如International Axion Observatory,IAXO))等有重大的应用价值。

图1 部分团队成员在测试现场合影


图2 线圈绕制、组装现场
[1] https://ihep.cas.cn/xwdt2022/gnxw/hotnews/2020/202105/t20210517_6015903.html
[2] 侯治龙,赵玲,朱自安,等.耐高辐照铝基低温超导卢瑟福电缆研制[J].低温与超导, 2021.DOI:10.16711/j.1001-7100.2021.04.002.
[3] Z. Hou et al., "Conceptual Design of the Capture Superconducting Solenoid for Experimental Muon Source," in IEEE Transactions on Applied Superconductivity, vol. 30, no. 5, pp. 1-7, Aug. 2020, Art no. 4500107, doi: 10.1109/TASC.2020.2970226
[4] Zongtai Xie, Guang Zhao, Zian Zhu, Zhilong Hou, Guoqing Zhang, Ye Yuan, Nikolaos Vassilopoulos, Menglin Wang, Feipeng Ning. Analysis of thermal characteristics for EMuS capture solenoids. 辐射探测技术与方法(英文)[J]. 2021,5(4): 542549, http://lib.cqvip.com/Qikan/Article/Detail?id=7106714737.
[5]闫朝辉,侯治龙,谢宗泰,等.EMuS超导俘获线圈样机模型线圈的研制及测试[J].低温与超导, 2022(050-003)
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