超导回旋加速器超导磁体励磁方法

摘要

本发明公开了一种超导回旋加速器超导磁体励磁方法，属于粒子回旋加速领域，解决了一次励磁过程中容易引发的失超的问题。首先根据磁场强度计算对应的励磁电流；然后多次对超导磁体进行励磁，每次励磁的输入电流依次为励磁电流的4％‑5％、8.5％‑9.5％、20％‑25％、40％‑50％和100％。本发明超导回旋加速器超导磁体励磁方法通过渐进式励磁避免了一次励磁至所需磁场强度时容易发生失超的问题。通过试探性的励磁方式能够得到超导磁体所能达到的极限场强，并通过该极限场强可指导后续励磁时能够一次励磁至不超出极限场强的磁场强度。通过本方法进行渐进式励磁时的失超风险小，参照本方法进行后续励磁时可完全避免失超的问题，从而极大的节约了由于失超导致液氦产生消耗的量。

说明书

技术领域

本发明涉及超导回旋加速领域，更具体地说，它涉及一种超导回旋加速器超导磁体励磁方法。

背景技术

回旋加速器是一种粒子加速器，利用磁场和电场共同使带电粒子作回旋运动，在运动中经高频电场反复加速的装置，其中超导回旋加速器是目前医用质子治疗加速器的核心设备。医用质子治疗加速器能够实现用微观世界中的质子、重离子射线治疗肿瘤，是当今世界最尖端的放射治疗技术，仅有个别发达国家掌握并应用该技术。国内正在开展超导回旋加速器的研制工作。

超导回旋加速器的磁场主要由超导线圈提供，超导线圈温度达到4.2K后，需要对超导磁体进行励磁，励磁后超导线圈的磁场达到设计要求。

合理的励磁方法可以避免超导线圈的失超，节省液氦的消耗量，同时达到超导线圈的使用要求，为超导回旋加速器提供所需的磁场。然而现有的励磁方法为根据所需磁场强度计算对应的励磁电流，然后一次将电流增加至该对应的励磁电流。然而超导体临界电流与磁场的关系为当磁场越大时，临界电流越小。反过来说，电流越小，临界场强越高。当电流小到某一值时，“临界磁场”大小不再受电流大小的影响，而等于电流密度等于零时的磁场强度值。将这种电流密度对临界磁场的影响叫做“临界电流”的影响。当励磁电流增加速度过快时，临界场强降低，所需磁场强度极有可能突破临界磁场引发失超，失超过程中会使线圈升温，导致液氦汽化消耗，甚至烧毁超导线圈。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种对超导磁体进行渐进式励磁的励磁方法，从而验证该超导磁体能够达到的极限场强，避免后续对超导磁体进行励磁时不发生磁场强度超出临界磁场导致失超现象的发生。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种超导回旋加速器超导磁体励磁方法，依次包括如下步骤：

S1，根据磁场强度计算对应的励磁电流；

S2，对超导磁体进行励磁，输入电流为励磁电流的4％-5％；

S3，对超导磁体进行励磁，输入电流为励磁电流的8.5％-9.5％；

S4，对超导磁体进行励磁，输入电流为励磁电流的20％-25％；

S5，对超导磁体进行励磁，输入电流为励磁电流的40％-50％；

S6，对超导磁体进行励磁，输入电流为励磁电流。

在本技术方案中，通过渐进式的励磁方法对超导磁体进行励磁，避免一次输入电流过大导致磁场强度超出临界磁场发生失超；通过此方法进行励磁时的失超风险小，能够验证超导磁体能够达到的极限场强，为后续的励磁过程提供指导作用。

优选地，步骤S4依次包括两个分步骤：

S41，对超导磁体进行励磁，输入电流为励磁电流的10％-15％；

S42，对超导磁体进行励磁，输入电流为励磁电流的20％-25％；

在该优选地技术方案中，依然通过小幅度渐进式的励磁方法对超导磁体进行励磁，避免输入电流一次增量过大导致失超。

优选地，步骤S5依次包括两个分步骤：

S51，对超导磁体进行励磁，输入电流为励磁电流的20％-25％；

S52，对超导磁体进行励磁，输入电流为励磁电流的40％-50％。

在该优选地技术方案中，依然通过小幅度渐进式的励磁方法对超导磁体进行励磁，避免输入电流一次增量过大导致失超。

优选地，步骤S6依次包括四个分步骤：

S61，对超导磁体进行励磁，输入电流为励磁电流的40％-50％；

S62，对超导磁体进行励磁，输入电流为励磁电流的65％-70％；

S63，对超导磁体进行励磁，输入电流为励磁电流的85％-95％；

S64，对超导磁体进行励磁，输入电流为励磁电流。

在该优选地技术方案中，依然通过小幅度渐进式的励磁方法对超导磁体进行励磁，避免输入电流一次增量过大导致失超。

优选地，在每一步中对超导磁体进行励磁时，输入电流均持续输入0.5h-1h。

在该优选地技术方案中，通过保持稳定的电流输入来观测是否有失超的趋势。

优选地，完成每一步中对超导磁体进行励磁后，均对超导磁体进行退磁处理。

在该优选地技术方案中，渐进式的提高输入电流进行励磁的目的是证明当前的输入电流不会引起超导磁体失超，每次励磁完成后再对其做退磁处理目的是避免本次励磁过程对下次励磁产生干扰。通过每次励磁再退磁再励磁循环交替直至输入电流等于励磁电流后，证明该超导磁体能够保证达到所需磁场强度时不会发生失超现象，从而形成指导性案例，下一次或对相同超导磁体进行励磁时可一次励磁至当前的磁场强度，无需担心失超的问题。

优选地，当输入电流首次达到励磁电流的4％-5％、8.5％-9.5％、20％-25％、40％-50％和100％时，输入电流持续输入1h。

在该优选地技术方案中，首次达到某一输入电流时，需较长的一段时间观察是否存在失超的趋势。

优选地，当输入电流第N次达到励磁电流的20％-25％和40％-50％时，输入电流持续输入0.5h；其中N为大于1的整数。

在该优选地技术方案中，第二次及后续再度达到某一输入电流时，因已有迹可循，可缩短观察失超的时间。

优选地，当输入电流达到励磁电流的65％-70％和85％-95％时，输入电流持续输入0.5h。

在该优选地技术方案中，当输入电流趋近于励磁电流时，可缩短观察失超时间。

优选地，所述励磁电流为222A。

在该优选地技术方案中，励磁电流为222A时，对应的磁场强度可满足粒子导出时的动能供医用及大多数粒子加速实验用。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

本发明超导回旋加速器超导磁体励磁方法通过渐进式励磁避免了一次励磁至所需磁场强度时容易发生失超的问题。通过试探性的励磁方式能够得到超导磁体所能达到的极限场强，并通过该极限场强可指导后续励磁时能够一次励磁至不超出极限场强的磁场强度。通过本方法进行渐进式励磁时的失超风险小，参照本方法进行后续励磁时可完全避免失超的问题，从而极大的节约了由于失超导致液氦产生消耗的量。

附图说明

图1为本发明超导回旋加速器超导磁体励磁方法的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明提供了一种超导回旋加速器超导磁体励磁方法，包括如下步骤：

步骤S1，励使用超导磁体电源对超导磁体进行励磁，电源电流从0A加到10A，稳定60分钟后，使用卸能模块(退磁机，下同)进行退磁，电源电流从10A退到0A；

步骤S2，使用超导磁体电源对超导磁体进行励磁，电源电流从0A加到20A，稳定60分钟后，使用卸能模块进行退磁，电源电流从20A退到0A；

步骤S3，使用超导磁体电源对超导磁体进行励磁，电源电流从0A加到30A，稳定30分钟后，电源电流从30A加到50A，稳定60分钟后，使用卸能模块进行退磁，电源电流从50A退到0A；

步骤S4，使用超导磁体电源对超导磁体进行励磁，电源电流从0A加到50A，稳定30分钟后，电源电流从50A加到100A，稳定60分钟后，使用卸能模块进行退磁，电源电流从100A退到0A；

步骤S5，使用超导磁体电源对超导磁体进行励磁，电源电流从0A加到100A，稳定30分钟后，电源电流从100A加到150A，稳定30分钟后，电源电流从150A加到200A，稳定30分钟后，电源电流从200A加到222A，稳定60分钟后，完成对超导磁体的励磁。

根据上述步骤完成励磁后，再次通过退磁机对超导磁体进行退磁，下次再次励磁时，则可一次性通过超导磁体电源将电源电流从0A加到222A完成励磁。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。