SHINE超導(dǎo)波蕩器樣機電流引線冷卻設(shè)計及測試

湯啟升 周巧根 吳騰馬 張繼東 樊 凱 丁 祎 文雍梅

1（中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所 上海 201800）

2（中國科學(xué)院大學(xué) 北京 100049）

3（中國科學(xué)院上海高等研究院 上海 201204）

波蕩器是先進(jìn)光源上的關(guān)鍵設(shè)備。根據(jù)其磁場的來源可分為永磁波蕩器和超導(dǎo)波蕩器（Superconducting Undulator，SCU）。相比于永磁波蕩器，SCU在相同的磁隙下能產(chǎn)生更高的峰值磁場和K值，從而提高同步輻射或自由電子激光的性能［1-2］。國內(nèi)外一些單位對SCU研究投入了大量精力和時間，并取得了一系列成果，如德國的ANKA（ANgstrom Source KArlsruhe）、美 國 的APS（Advanced Photon Source）等光源上都已實現(xiàn)了SCU在電子儲存環(huán)上的運行［2-4］；俄羅斯的BINP（Budker Institute of Nuclear Physics）研制了峰值磁場 為1.2 T的SCU樣 機［5］；上 海 同 步 輻 射 光 源（Shanghai Synchrotron Radiation Facility，SSRF）也研制成功了SCU模型機并已安裝到電子儲存環(huán)上。SHINE將建設(shè)三條波蕩器線，其中一條線由40臺磁體長度為4 m、周期長度為16 mm的SCUs組成，且可產(chǎn)生能量為10～25 keV的光子。

為驗證技術(shù)的可行性，在批量生產(chǎn)之前進(jìn)行了SCU樣機的研制。該樣機有兩套冷卻回路，其中一套冷卻介質(zhì)為45 K低溫氦氣的回路，用來冷卻冷屏和二元電流引線等部件。另一套冷卻介質(zhì)為4.2 K液氦的回路，用來冷卻超導(dǎo)磁體、束流通道。由常導(dǎo)銅引線段和HTS段組成的二元電流引線用來連接恒溫器外部電纜與內(nèi)部低溫超導(dǎo)線圈，形成通電回路。由于HTS產(chǎn)生的焦耳熱非常小且其導(dǎo)熱系數(shù)小，較之于銅材引線可明顯降低由45 K溫區(qū)傳遞到4.2 K溫區(qū)的熱量。常導(dǎo)銅引線上有來自其熱端的漏熱以及通電后產(chǎn)生的焦耳熱，這些熱量如果沒有被有效傳遞走，會引起HTS升溫、失超。

目前，國際上研制、設(shè)計中的SCU都裝有制冷機且內(nèi)部置有液氦槽，即制冷系統(tǒng)與主機集成在一起，結(jié)構(gòu)上較為復(fù)雜［1-5］，其優(yōu)點是直接利用制冷機冷頭和液氦槽來冷卻電流引線［6-8］。……