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度超導二極磁體圓滿完成測試，這也是國內(nèi)首個實現(xiàn)超臨界氦外冷卻的大型馬鞍形90度超導二極磁體。項目團隊在超導磁體傳導冷卻系統(tǒng)的基礎(chǔ)上創(chuàng)新設(shè)計了采用超臨界氦強迫單向循環(huán)外冷卻低溫系統(tǒng)，為小型低溫冷氦氣循環(huán)獨立系統(tǒng)的研發(fā)奠定了基礎(chǔ)，確保超導二極磁體在旋轉(zhuǎn)工況下的低溫穩(wěn)定運行，實現(xiàn)在高真空無壓力聚集下的快速冷卻、低成本旋轉(zhuǎn)、快速多變勵磁等功能。 

圖1 超導二極磁體低溫測試數(shù)據(jù)

超臨界氦強迫單向循環(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，并且運行溫度的選擇不受氦沸點的限制。在磁體失超時不會產(chǎn)生大量的氦氣，避免了液氦浸泡超導磁體在旋轉(zhuǎn)過程中導致線圈盒內(nèi)部壓力劇增產(chǎn)生的壓力安全隱患，大幅提高了超導二極磁體的運行穩(wěn)定性。

圖2 (a)超臨界氦外冷卻超導二極磁體勵磁測試現(xiàn)場  (b)超導線圈

圖3 超導旋轉(zhuǎn)機架系統(tǒng)三維示意圖 

目前，該90度超導二極磁體用于質(zhì)子治療裝置旋轉(zhuǎn)機架系統(tǒng)。其成功研制可以使整體旋轉(zhuǎn)機架的重量減小46%，整體外部尺寸減小40%，對于旋轉(zhuǎn)機架系統(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)用價值。 

基于該90度超導二極磁體的研發(fā)成功，研究人員將進一步發(fā)展超導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)。