1 Nb3Sn导线热处理后尺寸变化分析
1.1 组分变化
表 1 热处理相变前后Nb3Sn导线各组分体积分数 |
| 材料 | 热处理相变前 | 热处理相变后 |
| Nb3Sn | 0 | 0.175 |
| Nb | 0.2 | 0.072 |
| 青铜(Sn质量分数14.2%) | 0.46 | 0 |
| 青铜(Sn质量分数2.5%) | 0 | 0.396 |
| 铜 | 0.21 | 0.21 |
| NbTi-CuNi | 0.13 | 0 |
| CuTi-NiTi等 | 0 | 0.13 |
1.2 长度变化
表 2 热处理相变前后Nb3Sn导线各组分材料参数 |
| 材料 | 弹性模量/GPa | Poisson比 | 平均热膨胀系数/K-1 |
| Nb3Sn | 165 | 0.358 | 8.23×10-6 |
| Nb | — | 0.38 | 7.74×10-6 |
| 青铜(Sn质量分数14.2%) | — | 0.33 | 19.69×10-6 |
| 青铜(Sn质量分数2.5%) | — | 0.33 | 19.30×10-6 |
| 铜 | — | 0.33 | 19.22×10-6 |
| NbTi-CuNi | 50 | 0.33 | 18.80×10-6 |
| CuTi-NiTi等 | 50 | 0.33 | 9.50×10-6 |
1.3 横截面积变化
2 Nb3Sn螺线管线圈热处理后的尺寸测量
2.1 线圈周长测量装置
2.2 测量样品
2.3 测量结果
表 3 样品尺寸变化测量结果 |
| 样品类别 | 尺寸 | 热处理前 | 热处理后 | 膨胀率/% |
| 单层线圈 | 导线宽度/mm | 1.350 | 1.363 | 0.96 |
| 导线厚度/mm | 0.900 | 0.909 | 1.00 | |
| 导线长度/mm | 690.80 | 694.60 | 0.55 | |
| 导线横截面积/mm2 | 1.215 | 1.239 | 1.98 | |
| 直导线 | 导线宽度/mm | 1.350 | 1.366 | 1.19 |
| 导线厚度/mm | 0.900 | 0.909 | 1.00 | |
| 导线长度/mm | 1 001.90 | 1 007.12 | 0.52 | |
| 导线横截面积/mm2 | 1.215 | 1.242 | 2.22 |
3 14 T动物MRI磁体中Nb3Sn线圈尺寸膨胀对电磁设计的影响
表 4 14 T动物MRI磁体线圈尺寸 |
| 绕组 | 内径/mm | 外径/mm | 长度/mm | 线圈轴向间隔/mm | 层数 | 匝数 |
| Nb3Sn主线圈 | 220 | 305.12 | 676.26 | — | 38 | 442 |
| NbTi主线圈 | 345.12 | 423.03 | 1 048.38 | — | 26 | 606 |
| NbTi补偿线圈1 | 443.03 | 510.65 | 80.52 | — | 32 | 66 |
| NbTi补偿线圈2和3 | 443.03 | 523.32 | 214.72 | 268.32 | 38 | 176 |
| NbTi屏蔽线圈 | 1 007.72 | 1 049.99 | 201.3 | 481.6 | 20 | 165 |
表 5 热处理后Nb3Sn线圈尺寸及膨胀量 |
| 项 | 内径/mm | 外径/mm | 轴向长度/mm |
| 热处理后数值 | 221.19 | 307.16 | 683.7 |
| 膨胀量 | 1.19 | 2.04 | 7.44 |
