一種用超導體對超導體線圈磁力線進行聚焦的技術(shù)領(lǐng)域,是屬于超導體技術(shù)和電磁技術(shù)領(lǐng)域。主要技術(shù)是在超導體里面留有一個空間,這個空間的形狀是一個球形狀,外面包著超導體材料,把超導體線圈放在里面,在超導體線圈對應面的2極的超導體材料處留有2個孔,超導體會把磁力線向中間擠壓,然后從二邊的孔出去,也就是說在2個孔里聚焦,在超導體材料的外部設計一個智能控制系統(tǒng)和電源,連接里面的超導體線圈,在超導體的出口安裝一個霍爾器件,用來自動調(diào)節(jié)和校正出口的磁場強度。
背景技術(shù):
六十年代發(fā)現(xiàn)了實用超導材料,八十年代出現(xiàn)了性質(zhì)優(yōu)良的釹鐵硼永磁材料,使人們可以不耗費很大的電功率獲得大體積持續(xù)的強磁場,發(fā)展超導與永磁強磁場技術(shù)是20世紀下半葉電工新技術(shù)發(fā)展的一個重要方面。在各國高能物理、核物理、核聚變,磁流體發(fā)電等大型科技計劃推動下,整個技術(shù)得到了良好的發(fā)展。低溫鈮鈦合金及鈮三錫復合超導線與釹鐵硼永磁材料已形成產(chǎn)業(yè),可進行批量生產(chǎn)。人們已研制成功了15特斯拉以下各種場強,各種磁場形態(tài),大體積的可長期可靠運行的強磁場裝置,積極推進著強磁場在各方面的應用。超導或者采用其他技術(shù)產(chǎn)生的強磁場是自然界沒有的一種高能物理場,在這種能場中,將發(fā)生許多奇特的現(xiàn)象。例如,水的變形,非導磁的木材、水滴、塑料、蟲子、草莓等物質(zhì)在超強磁場(5t以上)中將懸浮起來;金屬凝固過程中,晶粒將發(fā)生轉(zhuǎn)動,進而融合,形成類似單晶的組織;此外,強磁場對凝固過程的成核過程也產(chǎn)生顯著的影響,起到細化晶粒的作用。鑒于強磁場這些奇妙的效應,國外發(fā)達國家如日本、法國等對強磁場下材料制備給予了極大的關(guān)注,日本有關(guān)這一領(lǐng)域的五年研究計劃已于2001年啟動。國內(nèi)國家自然科學基金委今年的重點項目指南中,將這一領(lǐng)域列入指南。超強磁場的作用可以直接達到原子尺度,因此,它對眾多領(lǐng)域的影響是極為深遠的。在納米材料制備領(lǐng)域中,納米材料形狀和性能的控制是非常關(guān)鍵的問題。而利用超強磁場極強的磁力作用,有可能控制液相法制備納米材料的成核過程,它可以控制納米顆粒朝某一優(yōu)先方向生長,從而獲得高度各向異性的納米材料。此外,在這種各向異性納米材料成型時,超強磁場的作用可以使納米粉體在燒結(jié)過程中仍能保持很高的各向異性,而這是采用其它方法難以達到的。此外,超強磁場極強的能量還可以引起納米材料晶格的崎變,從而為制備高性能的納米材料提供了一個非常好的條件。磁化學的研究一直是化學化工工作者致力研究的領(lǐng)域,然而自二十世紀六十年代以前的近四十年中,人們只能獲得0.1—1t左右的磁場,在這種強度的磁場下,磁場對化學反應的影響幾乎可以忽略,由于磁場對物質(zhì)體系能量的影響隨著磁場強度的平方呈正比增加,因此,在10t-20t甚至100t的超強磁場下,磁場對化學反應體系的影響已經(jīng)到了非常顯著的地步,甚至可以影響到化學反應的反應熱、ph值、化學反應進行的方向、反應速率、活化能、熵等諸多方面。目前,超導強磁體的口徑達到直徑100mm,這已經(jīng)相當于化學化工工業(yè)常見管道的直徑,因此,開展這一領(lǐng)域的研究的應用前景是非常明顯的。在光、磁、電等物理領(lǐng)域,研究過程離不開特殊材料,如磁光材料、光學晶體、光纖、多功能膜、磁性材料、導電材料等。而超強磁場可對這些材料的制備過程產(chǎn)生重要的影響。有關(guān)這一領(lǐng)域的研究遠未深入。另外,超強磁場對高分子材料、電子材料的影響也是非常重要的領(lǐng)域。生物工程領(lǐng)域中,生物組織、基因的突變是一個重要的研究方向。已有研究表明,超強磁場對生物體的組織、生化反應、生長過程、基因、細菌的新陳代謝等均能產(chǎn)生顯著的影響,開展超強磁場下生物工程的研究,對提升生物領(lǐng)域的研究水平和影響力,具有重要的意義,特別在核磁共振和加速器上的應用,對人類的意義極為重大,一個可變可控可測的超級磁場,對人類的作用更加重要。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
強磁場在人類科研中起著至關(guān)重要的作用,它的應用已經(jīng)極為廣泛,人類也制造出來了磁場強度很強的磁場,特別使用超導體方法,制造出5t以上的磁場,雖然已經(jīng)足夠強了,但還不能滿足人類科研的需求,人類還想制造更加強大的磁場,來滿足科研需求的同時,制造出更加強大的儀器,滿足人類各種各樣的探索,改變?nèi)祟惏l(fā)展的需要,并且人類多希望挑戰(zhàn)極限,如何制造出世界上最強的磁場,如何制造出挑戰(zhàn)人類極限的磁場,并且要這樣的磁場可變可控可測,用超導體對超導體線圈磁力線進行聚焦的設計方法就滿足上面的條件,用超導體對超導體線圈磁力線進行聚焦的設計方法,其特征是,在超導體里面留有一個空間,這個空間的形狀是一個球形狀,但根據(jù)設計要求,可把球形向二邊拉伸或向里面壓扁,還可以做一些各種各樣的變形,超導體材料是包在球形狀的外面,在內(nèi)部球形狀空間的二極的超導體材料上留有二個孔,孔的大小是根據(jù)設計要求設計的,孔的大小的主要依據(jù),是根據(jù)里面超導體線圈的面積和孔的面積的比例,更為重要大的是在聚焦口的霍爾器件的反饋,里面超導體線圈的面積是小孔面積的多少倍而設計的作為參考,在超導體中間球形狀空間的中心圓上放上超導體線圈,超導體線圈安置在超導體材料內(nèi)部球形狀的中心圓面上,超導體線圈的重心和球形狀的重心重疊,由于超導體對磁力線有排斥作用,使磁力線向中間聚集,因為在球形狀空間的二極的超導體材料上有二個孔,這二個孔沒有被超導體材料覆蓋,所以磁力線就被壓縮到這二個孔的位置,然后從這二個孔出去,在外面形成回路,這樣磁力線就被聚焦在二個孔內(nèi),孔內(nèi)或孔的口上的磁場強度就被提高很多倍,提高了多少倍的計算方法是,里面的超導體線圈的面積是小孔的多少倍,那么小孔里面的磁場強度就是超導體線圈的磁場強度的多少倍,這是理論計算,真正的數(shù)據(jù)還是靠霍爾器件的反饋,這樣就可以使用孔內(nèi)或孔口上超強的磁場了,把超導體的線圈引腳引出來,連接在智能控制器上,并且把放在超導體口上的霍爾器件也連接到智能控制器上把電源也連接在智能控制器上,這樣就可以通過智能控制器來調(diào)節(jié)超導體線圈的電流來改變磁場的大小,通過霍爾器件的反饋精確的控制磁場強度。
附圖說明
圖1是用超導體對磁力線進行聚焦的設計的原理的切面圖,1.2代表超導體材料的切面結(jié)構(gòu),3代表磁鐵,磁鐵包括永久磁鐵,電磁鐵,超導磁鐵,并且代表是在球形狀的中心圓面位置,4代表超導體材料內(nèi)部的空腔,基本設計是球形狀,但根據(jù)設計要求,把球形向二邊拉伸或向里面壓扁,還可以做一些各種各樣的變形,5.6代表在內(nèi)部球形狀空間的二極的超導體材料上留下的二個孔,7.8.9.10.11.12.13.14.15.16.17.18代表磁力線,n.s代表磁極,19.20代表超導體線圈連接控制器,21.22代表霍爾器件連接控制器,23代表霍爾器件,24代表只能控制器,25代表電源,26.27代表控制器上的調(diào)控按鈕。
實施方法:
超導體球形材料把超導體線圈包在里面,起先要把超導體線圈安置在超導體材料內(nèi)部球形狀的中心圓面上,超導體線圈的重心和球形狀的重心重疊,外面用超導體材料包上,在球形狀二極的超導體材料上留有二個孔,這樣只要通過外部的智能控制器給超導體線圈電流,超導體線圈就會產(chǎn)生巨大的磁場,那么磁力線就會被超導體材料排斥,向中間擠壓,最后從二極的圓孔出去,所以圓孔聚焦了磁力線,使磁場強度大大增加,由超導體線圈產(chǎn)生的磁場本身就巨大,再經(jīng)過超導體聚焦,這樣產(chǎn)生的磁場,挑戰(zhàn)了人類制造最強磁場的極限,這就產(chǎn)生人類制造最強磁場的極限,并且可以通過外部的智能控制器,調(diào)節(jié)電流的大小,這樣直接調(diào)節(jié)聚焦口的磁場,由于要控制聚焦口磁場的大小,這樣必須在聚焦口安裝探測器霍爾器件,反饋給智能控制器,這樣就可以測量到聚焦口實時的磁場強度和變化的規(guī)律。