近日，中科離子和中科院等離子體物理研究所聯(lián)合研制的90度超導(dǎo)二極磁體圓滿完成測試，這也是國內(nèi)首個(gè)實(shí)現(xiàn)超臨界氦外冷卻的大型馬鞍形90度超導(dǎo)二極磁體。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在超導(dǎo)磁體傳導(dǎo)冷卻系統(tǒng)的基礎(chǔ)上創(chuàng)新設(shè)計(jì)了采用超臨界氦強(qiáng)迫單向循環(huán)外冷卻低溫系統(tǒng)，為小型低溫冷氦氣循環(huán)獨(dú)立系統(tǒng)的研發(fā)奠定了基礎(chǔ)，確保超導(dǎo)二極磁體在旋轉(zhuǎn)工況下的低溫穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)在高真空無壓力聚集下的快速冷卻、低成本旋轉(zhuǎn)、快速多變勵(lì)磁等功能。 

圖1 超導(dǎo)二極磁體低溫測試數(shù)據(jù)

超臨界氦強(qiáng)迫單向循環(huán)外冷卻低溫系統(tǒng)具有明顯優(yōu)勢，可以保證冷卻通道中沒有氦氣聚集的危險(xiǎn)，并且運(yùn)行溫度的選擇不受氦沸點(diǎn)的限制。在磁體失超時(shí)不會產(chǎn)生大量的氦氣，避免了液氦浸泡超導(dǎo)磁體在旋轉(zhuǎn)過程中導(dǎo)致線圈盒內(nèi)部壓力劇增產(chǎn)生的壓力安全隱患，大幅提高了超導(dǎo)二極磁體的運(yùn)行穩(wěn)定性。

圖2 (a)超臨界氦外冷卻超導(dǎo)二極磁體勵(lì)磁測試現(xiàn)場  (b)超導(dǎo)線圈

圖3 超導(dǎo)旋轉(zhuǎn)機(jī)架系統(tǒng)三維示意圖 

目前，該90度超導(dǎo)二極磁體用于質(zhì)子治療裝置旋轉(zhuǎn)機(jī)架系統(tǒng)。其成功研制可以使整體旋轉(zhuǎn)機(jī)架的重量減小46%，整體外部尺寸減小40%，對于旋轉(zhuǎn)機(jī)架系統(tǒng)的輕量化和小型化具有積極的推動作用，相關(guān)的成功經(jīng)驗(yàn)不僅僅可以用于質(zhì)子醫(yī)療設(shè)備研發(fā)，在同步加速器環(huán)等領(lǐng)域也具有十分重要的應(yīng)用價(jià)值。 

基于該90度超導(dǎo)二極磁體的研發(fā)成功，研究人員將進(jìn)一步發(fā)展超導(dǎo)二極磁體的工程技術(shù)，為未來占領(lǐng)高端醫(yī)療器械國際市場，推動高端小型化質(zhì)子治療裝置產(chǎn)業(yè)化發(fā)展積累技術(shù)基礎(chǔ)。