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本书涵盖了超导磁体技术的核心领域，包括电磁场理论、场与力的关系、低温技术、交流损耗以及保护措施等。它不仅提供了超导磁体设计、建造和运行的基础知识和理论框架，还融合了丰富的设计实践经验。通过深入分析具体案例，本书强化了内容的实用性和可操作性，使读者能够将理论知识应用于实际问题中。书中详细展示了超导磁体设计和运行中可能遇到的问题，并提供了相关案例分析，同时包含了多个典型磁体的设计流程，为读者提供了宝贵的参考。随着我国在超导磁体领域的研究不断深入，对相关领域的专业人才需求日益增长，本书作为一部专著类参考资料，其重要性不言而喻，对于培养专业人才和推动科技进步具有重要作用。

第 1 章 超导磁体技术 1. 1 引言 1. 2 超导电性 1.2.1 迈斯纳效应 1.2.2 伦敦超导电性理论 1.2.3 第Ⅰ类和第Ⅱ类超导体1.2.4 第Ⅱ类超导体的临界面1. 3 磁体级超导体 1.3.1 超导材料与磁体级超导体 1.3.2 实验室级超导体与磁体级超导体1. 4 磁体设计 1.4.1 要求和关键问题 1.4.2 运行温度的影响 1. 5 数值解1.5.1 概算近似解 1.5.2 程序解1. 6 专题1.6.1 问题 1.1: 第Ⅰ类超导体的热力学性质 1.6.2 问题 1.2: 超导回路 1.6.3 问题 1.3: 磁共振成像 第 2 章 电磁场 2. 1 引言 2. 2 麦克斯韦方程组 2.2.1 高斯定律 2.2.2 安培定律 2.2.3 法拉第定律 2.2.4 磁感应连续性 2.2.5 电荷守恒 2.2.6 磁化和本构关系 2. 3 准静态 2. 4 坡印亭矢量 2. 5 场的标量势解法 2.5.1 二维圆柱坐标 2.5.2 球坐标 2.5.3 正交坐标系下的微分算符 2.5.4 勒让德函数 2. 6 专题 2.6.1 问题 2.1: 均匀场中的磁化球 2.6.2 问题 2.2: 均匀场中的第Ⅰ类超导棒 2.6.3 讨论 2.1: 均匀场中的理想导体球 2.6.4 问题 2.3: 球壳的磁屏蔽 2.6.5 讨论 2.2: 用圆柱壳屏蔽 2.6.6 问题 2.4: 四个偶极子簇的远场 2.6.7 问题 2.5: 铁制电磁体的磁极形状 2.6.8 讨论 2.3: 永磁体 2.6.9 问题 2.6: 圆柱中的准静态场 2.6.10 问题 2.7: 圆柱壳的感应加热 2.6.11 问题 2.8: 金属带中的涡流损耗 2.6.12 讨论 2.4: 切分以减少涡流损耗 2.6.13 问题 2.9: 罗氏线圈 第 3 章 磁体、场和力 3. 1 引言 3. 2 毕奥-萨伐尔定律 3. 3 洛伦兹力和磁压 3. 4 螺管线圈的磁场分析 3.4.1 简单线圈 3.4.2 谐波误差———嵌套双线圈磁体 3. 5 轴向力 3.5.1 两个环线圈间的轴向力 3.5.2 薄壁螺管内的轴向力 3.5.3 薄壁螺管和环线圈间的轴向力 3.5.4 两个薄壁螺管间的轴向力 3.5.5 厚壁螺管线圈———中平面轴向力 3.5.6 嵌套双线圈磁体的轴向力 3.5.7 轴向中心错位螺管组的轴向恢复力 3. 6 螺管在磁力下的应力应变 3.6.1 应力应变方程 3.6.2 各向同性螺管的应力应变方程 3.6.3 张力绕制以减小径向应力 3. 7 自感 3.7.1 圆环的自感 3.7.2 螺管线圈的自感 3.7.3 实用电感公式 3. 8 互感 3.8.1 互感———几个特定的解析表达 3.8.2 互感和相互作用力 3. 9 专题 3.9.1 讨论 3.1: 均匀电流密度螺管 3.9.2 问题 3.1: 简单螺管线圈 3.9.3 讨论 3.2: 比特磁体 3.9.4 问题 3.2: 螺管中的优选场 3.9.5 讨论 3.3: 负荷线 3.9.6 讨论 3.4: 叠加技术 3.9.7 讨论 3.5: 混合磁体 3.9.8 讨论 3.6: 双饼与层绕 3.9.9 问题 3.3: 亥姆霍兹线圈 3.9.10 问题 3.4: 亥姆霍兹线圈的分析———另一种方法 1543.9.11 问题 3.5: 空间均匀磁体分析 3.9.12 问题 3.6: 直角坐标下的磁场展开 3.9.13 问题 3.7: 凹槽螺管 3.9.14 讨论 3.7: 饼式线圈磁体的磁场分析 3.9.15 问题 3.8: 理想二极磁体 3.9.16 问题 3.9: 理想四极磁体 3.9.17 讨论 3.8: 双跑道线圈磁体 3.9.18 问题 3.10: 理想环形磁体 3.9.19 讨论 3.9: 核聚变与磁约束 3.9.20 问题 3.11: 边缘场 3.9.21 讨论 3.10: 螺管磁体的缩放 3.9.22 讨论 3.11: 粒子加速器 3.9.23 问题 3.12: 加速器中的回旋质子 3.9.24 问题 3.13: 双线圈磁体 3.9.25 问题 3.14: 螺管线圈的中平面轴向力 3.9.26 问题 3.15: 嵌套型双线圈磁体的中平面轴向力 3.9.27 问题 3.16: 环氧浸渍螺管的应力 3.9.28 问题 3.17: 高温超导磁体中的应力和轴向力 3.9.29 讨论 3.12: 铁球上的磁力 3.9.30 讨论 3.13: 双线圈磁体的径向力 3.9.31 讨论 3.14: 45 T 混合磁体的结构支撑 3.9.32 讨论 3.15: Nb3 Sn 复合导体上的应力 3.9.33 问题 3.18: 自感举例 3.9.34 讨论 3.16: 罗氏线圈的互感 3.9.35 讨论 3.17: 力与互感 第 4 章 低温 4. 1 引言 4. 2 “湿式” 磁体和 “干式” 磁体 4. 3 低温问题: 冷却、 热、 测量 4.3.1 冷源 4.3.2 热源 4.3.3 测量 4. 4 液体制冷剂———用于 “湿式” 磁体 4. 5 固体制冷剂———用于 “干式” 磁体 4.5.1 “湿式” LTS 磁体与 “干式” HTS 磁体的关系———热容 4.5.2 固体制冷剂———氖、 氮、 氩 4. 6 专题 4.6.1 问题 4.1: 卡诺制冷机 4.6.2 讨论 4.1: 卡诺制冷机性能 4.6.3 讨论 4.2: “湿式” 磁体的冷却模式 4.6.4 讨论 4.3: 制冷机冷却的 HTS 磁体 4.6.5 讨论 4.4: 超流 4.6.6 讨论 4.5: 1.8 K 过冷低温容器 4.6.7 讨论 4.6: J-T 过程 4.6.8 问题 4.2: 基于制冷机的 “迷你” 氦液化器 4.6.9 讨论 4.7: 制冷机与低温循环器的关系 4.6.10 讨论 4.8: 辐射传热 4.6.11 讨论 4.9: 残余气体的对流传热 4.6.12 讨论 4.10: 真空泵系统 4.6.13 讨论 4.11: 制冷机冷却的固态制冷剂/磁体 4.6.14 问题 4.3: 固态制冷剂冷却的磁体 4.6.15 讨论 4.12: 温升与场均匀性的关系 4.6.16 讨论 4.13: 低温测量 4.6.17 讨论 4.14: 气冷铜电流引线 4.6.18 讨论 4.15: “干式” 引线———常规金属和 HTS 4.6.19 问题 4.4: 气冷 HTS 电流引线———全超导型 (FSV)4.6.20 问题 4.5: 气冷 HTS 引线———电流分流型 4.6.21 讨论 4.16: FSV 和 CSV 电流引线的保护 4.6.22 讨论 4.17: HTS 电流引线———铜延伸段 4.6.23 问题 4.6: 6 kA 气冷 HTS 电流引线 4.6.24 讨论 4.18: “很优” CSV 引线 4.6.25 问题 4.7: 气冷黄铜电流引线 4.6.26 讨论 4.19: 气冷支撑棒 4.6.27 讨论 4.20: 低温下的结构材料 第 5 章 磁化 5. 1 引言 5. 2 第Ⅱ类超导体的比恩理论 5.2.1 无传输电流 5.2.2 传输电流对磁化的效应 5. 3 测量技术 5. 4 专题 5.4.1 讨论 5.1: 有传输电流时的磁化 5.4.2 讨论 5.2: 超导量子干涉仪用于磁化测量 5.4.3 讨论 5.3: 比恩细丝的磁化 5.4.4 讨论 5.4: 由磁化求临界电流密度 5.4.5 问题 5.1: 磁化测量 5.4.6 讨论 5.5: 磁扩散和热扩散 5.4.7 问题 5.2: 磁通跳跃判据 5.4.8 问题 5.3: 磁通跳跃 5.4.9 问题 5.4: 导线扭绞 5.4.10 问题 5.5: 导体励磁 5.4.11 讨论 5.6: 扭绞 5.4.12 讨论 5.7: HTS 中的磁通跳跃 第 6 章 稳定性 6. 1 引言 6. 2 稳定性理论和标准 6.2.1 式 (6.1) 涉及的概念 6.2.2 热能 3846.2.3 热传导 6.2.4 焦耳热 6.2.5 扰动谱 6.2.6 稳定裕度与扰动能量 6.2.7 冷却 6. 3 电流密度 6.3.1 截面积 6.3.2 复合超导体 6.3.3 绕组中的电流密度 6. 4 专题 6.4.1 讨论 6.1: 低温稳定性———电路模型 6.4.2 问题 6.1: 低温稳定性———温度依赖 6.4.3 讨论 6.2: 斯特科利低温稳定性判据 6.4.4 讨论 6.3: 复合超导体 6.4.5 问题 6.2: 低温稳定性———非线性冷却曲线 6.4.6 讨论 6.4: 等面积判据 6.4.7 讨论 6.5: 超导体指数——— n 6.4.8 问题 6.3: 复合导体 (n) ———电路模型 6.4.9 问题 6.4: 电流脉冲下的复合 YBCO 6.4.10 讨论 6.6: CIC 导体 6.4.11 问题 6.5: 冷却后的复合导体 V-I 曲线 6.4.12 问题 6.6: 混合Ⅲ超导磁体的稳定性分析 6.4.13 讨论 6.7: 低温稳定与准绝热磁体 6.4.14 讨论 6.8: 最小传播区的概念 6.4.15 问题 6.7: 绝热绕组中的能量耗散密度 第 7 章 交流损耗和其他损耗 7. 1 引言 7. 2 交流损耗 7.2.1 磁滞损耗 7.2.2 多丝复合导体中的耦合损耗 7.2.3 涡流损耗 7. 3 其他损耗 7.3.1 接头电阻 7.3.2 机械扰动 7. 4 声发射技术 7.4.1 机械事件探测———LTS 磁体 7.4.2 应用于 HTS 磁体 7. 5 专题 7.5.1 问题 7.1: 磁滞能量密度———在 “弱” 磁场序列下的原始状态比恩板 7.5.2 问题 7.2: 磁滞能量密度———在 “中” 磁场时间序列下的原始状态比恩板 7.5.3 问题 7.3: 磁滞能量密度———在 “强” 磁场时间序列下的原始状态比恩板 7.5.4 讨论 7.1: 磁滞能量密度———磁化的比恩板(情况 4~6) 7.5.5 讨论 7.2: 载直流电流的比恩板 7.5.6 问题 7.4: 磁滞能量密度———载直流的比恩板(情况 4i~6i) 7.5.7 问题 7.5: 自场磁滞能量密度———比恩板 7.5.8 交流损耗公式的汇总 7.5.9 讨论 7.3: 磁体整体的交流损耗 7.5.10 讨论 7.4: 交流损耗的测量技术 7.5.11 讨论 7.5: 管内电缆导体中的交流损耗 7.5.12 讨论 7.6: HTS 中的交流损耗 7.5.13 问题 7.6: Nb3 Sn 中的磁滞损耗 7.5.14 问题 7.7: 混合Ⅲ超导磁体中的交流损耗 7.5.15 讨论 7.7: 混合Ⅲ内 NbTi 线圈中的接头耗散 7.5.16 讨论 7.8: 持续电流模式与指数 第 8 章 保护 8. 1 引言 8.1.1 热能密度与磁能密度 8.1.2 热点和热点温度 8.1.3 绕组材料的温度数据 8.1.4 安全、 有风险、 高度风险的 Tf 区间 8.1.5 温度引起的应力 8. 2 绝热加热 8.2.1 恒电流模式下的绝热加热 8.2.2 电流放电模式下的绝热加热 8.2.3 引线短接磁体的绝热加热 8.2.4 恒定电压模式下的绝热加热 8. 3 高电压 8.3.1 电弧环境 8.3.2 帕邢电压试验 8.3.3 失超磁体内的电压峰值 8. 4 正常区传播 8.4.1 轴向 NZP 速度 8.4.2 冷却条件下的 NZP 8.4.3 横向 (匝间) 速度 8.4.4 热流体动力学反馈失超 8.4.5 交流损耗辅助的 8. 5 计算机仿真 8. 6 自保护磁体 尺寸 8. 7 孤立磁体的被动保护 8. 8 主动保护 8.8.1 过热 8.8.2 多线圈磁体中的过应力 8.8.3 主动保护技术: 检测-释能 8.8.4 主动保护技术: 检测-激活加热器 8.8.5 失超电压检测技术———基本电桥电路 8. 9 专题 8.9.1 问题 8.1: 大型超导磁体的回温 8.9.2 问题 8.2: 6 kA 气冷 HTS 引线的保护 8.9.3 问题 8.3: 低温稳定 NbTi 磁体的保护 8.9.4 问题 8.4: 混合Ⅲ超导磁体的热点温度 8.9.5 讨论 8.1: 失超电压探测———1 个变种 8.9.6 问题 8.5: 释能电阻设计 8.9.7 讨论 8.2: 磁体的缓慢放电模式 8.9.8 讨论 8.3: 低阻电阻器设计 8.9.9 讨论 8.4: 过热和内部电压判据 8.9.10 讨论 8.5: Bi2223 超导带电流引线的保护 8.9.11 讨论 8.6: MgB2 磁体的主动保护 8.9.12 问题 8.6: NMR 磁体的被动保护 8.9.13 讨论 8.7: HTS 磁体到底要不要保护 第 9 章 螺管磁体的实例， HTS 磁体，结语 9. 1 引言 9. 2 螺管磁体的实例 9.2.1 例 9.2A: 串联混合磁体 9.2.2 Q /A 9.2A: SCH 超导磁体9.2.3 例 9.2B: 钢板上的超导线圈 9.2.4 例 9.2C: HTS 平板的悬浮 9. 3 例 9. 2D: HTS 环磁体 9. 4 HTS 磁体 9.4.1 主要应用领域———HTS 和 LTS 9.4.2 HTS 磁体展望 9. 5 结语 附录 ⅠA 物理常数和转换因子 ⅠB 均匀电流密度螺管线圈的场误差系数 Ⅱ 制冷剂的热力学性质 Ⅲ 材料的物理性质 Ⅳ 常规金属的电气性质 Ⅴ 超导体的性质 A5.1 NbTi、 Nb3 Sn、 MgB2 、 YBCO、 Bi2223 的电流密度 A5.2 NbTi、 Nb3 Sn 的标度律 A5.3 力学和热学性质 Ⅵ 词汇表 Ⅶ 索引