磁性測(cè)量基礎(chǔ)篇之磁路磁學(xué)國(guó)家重點(diǎn)試驗(yàn)室課件

1、中國(guó)科學(xué)院物理研究所 通用實(shí)驗(yàn)技術(shù)公共課程磁性測(cè)量趙同云磁學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室Thursday, July 28, 2022第三講：磁場(chǎng)的產(chǎn)生聲 明 本講稿中引用的圖、表、數(shù)據(jù)全部取自公開(kāi)發(fā)表的書(shū)籍、文獻(xiàn)、論文，而且僅為教學(xué)使用，任何人不得將其用于商業(yè)目的。磁場(chǎng)的產(chǎn)生 磁場(chǎng)的分類 人工產(chǎn)生的磁場(chǎng) 永磁磁場(chǎng) 電流磁場(chǎng) 零磁場(chǎng)空間磁場(chǎng)的分類方法周期性（空間、時(shí)間）磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小磁場(chǎng)的來(lái)源磁場(chǎng)的分類：周期性穩(wěn)恒磁場(chǎng)脈沖磁場(chǎng) ms s ns ps fs交變磁場(chǎng)直流磁場(chǎng)電 磁 波1015 Hz時(shí) 間頻 率微波磁場(chǎng)均勻磁場(chǎng)梯度磁場(chǎng)空 間非均勻磁場(chǎng)射頻磁場(chǎng)工頻磁場(chǎng)調(diào)制磁場(chǎng)Fourier變換零磁場(chǎng)磁場(chǎng)的分類：磁場(chǎng)

2、強(qiáng)度弱磁場(chǎng)強(qiáng)磁場(chǎng)微弱磁場(chǎng)1015 T超強(qiáng)磁場(chǎng)1016 T1 mT0.1 T10 T磁場(chǎng)的分類：來(lái)源地 磁 場(chǎng)生物磁場(chǎng)電 磁 場(chǎng)原子磁矩人造磁場(chǎng)自然磁場(chǎng) 電 流 人造磁鐵天然磁鐵空間磁場(chǎng)物理本質(zhì)磁場(chǎng)的分類：來(lái)源電 磁 鐵超導(dǎo)磁體螺 線 管裝置鐵芯線圈材料 電 流 人造磁場(chǎng)1. 永久磁鐵2. 電流磁鐵 2.1. 無(wú)磁芯磁場(chǎng)線圈 2.1.1. 基礎(chǔ)理論/元電流線圈的磁場(chǎng) 2.1.2. 有限尺寸線圈、電流密度 2.1.3. 螺線管 2.1.4. 線圈對(duì)：Helmholtz線圈 2.1.5. 超導(dǎo)磁體 2.1.6. 脈沖磁場(chǎng) 2.2. 有磁芯磁場(chǎng)線圈電磁鐵3. 其它磁場(chǎng)永久磁鐵磁石（慈石）、磁鐵永（恒）

3、磁體（材料）硬磁材料永遠(yuǎn)的磁路High Magnetic Fields: Science and Technology (Vol. 1), Magnet Technology and Experimental Techniques, 2547, (F. Herlach, N. Miura, Editors, World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd., 2003.)關(guān)于永磁體磁場(chǎng)的文獻(xiàn)K. Halbach, “Design of permanent multipole magnets with oriented rare earth cobalt mat

4、erial,” Nuclear Instruments and Methods, 169 (1980), 1-10.K. Halbach, “Physical and optical properties of rare earth cobalt magnets,” Nuclear Instruments and methods, 187 (1981), 109-117.F. Bloch, O. Cugat, G. Meunier, “Innovating approaches to the generation of intense magnetic fields: Design and o

5、ptimization of a 4 Tesla permanent magnet flux source,” IEEE Transactions on Magnetics, 34(5) (1998), 2465-2468.H. A. Leupoid, E. Potenziani II, M. G. Abele, “Applications of yokeless flux confinement,” Journal of Applied Physics, 64(10) (1988), 5994-5996.O. Cugat, R. Byme, J. McCaulay, J. M. D. Coe

6、y, “A compact vibrating-sample magnetometer with variable permanent magnet flux source,” The Review of Scientific Instruments, 65(11) (1994), 3570-3573.O. Cugat, P. Hansson, J. M. D. Coey, “Permanent magnet variable flux sources,” IEEE Transactions on Magnetics, 30(6) (1994), 4602-4604.1. 永久磁鐵1.1. 永

7、久磁鐵的種類天然磁石：主要以磁鐵礦（ Fe3O4 ）為主 中國(guó)：慈石；梵文：ayasknta；法國(guó)：Laimant； 西班牙：iman；匈牙利：magnetk 磁鐵礦（Magnetite，ferroferric oxide）：Fe3O4礦（AB2O4，尖晶石）赤鐵礦（Hematite，ferrous oxide）：Fe2O3礦黑鐵礦（Wuestite，ferric oxide）：FeO礦人造磁石：鋼、永磁（磁鉛石）鐵氧體、FeCoM合金、 Alnico、MnAlC、稀土永磁 SmCo，NdFe(B, C)、 NdFeTi、SmFe(C, N) 永磁體11. 永久磁鐵1.2. 永久磁鐵磁場(chǎng)的磁路

8、計(jì)算計(jì)算依據(jù)：高斯定理和安培環(huán)路定理計(jì)算方法：無(wú)漏磁假設(shè) 漏磁修正 有限元方法 LmAmLgAg磁路：異常重要永磁體21. 永久磁鐵1.3. 永久磁鐵的使用形式固定磁場(chǎng)：磁場(chǎng)間隙和磁場(chǎng)強(qiáng)度均固定（參考磁場(chǎng)、磁共振）可調(diào)磁場(chǎng)：磁場(chǎng)間隙固定、磁場(chǎng)強(qiáng)度可調(diào)（測(cè)量）永久磁鐵與軟鐵組合永磁體3永磁體可以產(chǎn)生的磁場(chǎng)無(wú)疊加情況（單一磁體）Nd2Fe14B：BS1.62 TAlNiCo： BS2.20 TFeCo： BS2.40 T；永磁體對(duì)磁場(chǎng)疊加原理（壓縮技術(shù)）日本住友特殊金屬公司：4.4 T（燒結(jié)NdFeB）永磁體4rg圓柱體極頭和圓臺(tái)極頭圓柱體極頭（對(duì)）rgMMzxlg12z0軸線上點(diǎn)（0, 0, z

9、0）：極頭截面永磁體5R+R-圓柱體極頭和圓臺(tái)極頭圓柱體極頭（對(duì)）軸線上點(diǎn)（0, 0, 0）：02.05.0Hg/M1.000.900.800.710.630.550.290.110.02最高磁場(chǎng)純Fe：2.2 T；NdFeB：1.6 T；AlNiCo8：2.2 T永磁體6圓柱體極頭和圓臺(tái)極頭倒角圓柱體（圓臺(tái)）極頭（對(duì)）z0zrgzxr0lgMMr永磁體7圓柱體極頭和圓臺(tái)極頭倒角圓柱體（圓臺(tái)）極頭（對(duì)）z0zrgzxr0lgMMr永磁體8R圓柱體極頭和圓臺(tái)極頭倒角圓柱體（圓臺(tái)）極頭（對(duì)）在圓錐體的頂點(diǎn)最大值條件永磁體9rz圓柱體極頭和圓臺(tái)極頭倒角圓柱體（圓臺(tái)

10、）極頭（對(duì)）在圓錐體的頂點(diǎn)：最大值條件下：永磁體10共頂點(diǎn)圓柱體極頭和圓臺(tái)極頭倒角圓柱體（圓臺(tái)）極頭（對(duì)）任意倒角頂點(diǎn)重合永磁體11磁場(chǎng)線性疊加原理Halbach磁體Linear Superposition Principle永磁體：磁偶極子永磁體12永磁體（磁偶極子）單元xzjmrO磁場(chǎng)線性疊加原理永磁體性能與磁偶極子假設(shè)永磁體13HM(B)MrHCMHCBMrH退磁化M_HB_HHCM HCB磁場(chǎng)線性疊加原理Halbach磁體：理論永磁體14永磁體（磁偶極子）單元的磁場(chǎng)：xzjmrO磁場(chǎng)線性疊加原理Halbach磁體：理論永磁體15Halbach磁體的條件：xzjmrO = 永磁體單元的數(shù)

11、目：N磁場(chǎng)線性疊加原理Halbach磁體：例子（文獻(xiàn)1）永磁體16rextrext/rintH/M1.50.4052.00.6933.01.0994.01.3865.01.609易軸連續(xù)變化：rintH磁場(chǎng)線性疊加原理Halbach磁體：例子（文獻(xiàn)1）永磁體17永磁體單元數(shù)目：N 8易軸分立變化：segmented multipole912磁場(chǎng)線性疊加原理Halbach磁體：永磁體磁場(chǎng)的新篇章永磁體18rint5.0 cmrext100.0 cmL50.0 cm0M1.5 T體積1.567 m3質(zhì)量12 噸磁場(chǎng)線性疊加原理Halbach磁體：其它類型永磁體191、磁場(chǎng)強(qiáng)度：主要來(lái)源于靠近空腔的

12、部分永磁體！2、多極性磁體（文獻(xiàn)3）同樣適用于電流磁體3、借助微磁學(xué)理論模擬絕對(duì)的清潔能源：電動(dòng)、發(fā)電：效率% 磁場(chǎng)線性疊加原理磁場(chǎng)強(qiáng)度可調(diào)、方向可變的永磁體磁場(chǎng)永磁體20(a、文獻(xiàn)4&5)dad(b、文獻(xiàn)6)沒(méi)有絕對(duì)的終點(diǎn)！電流的磁效應(yīng)（H. C. Oersted，1820年，丹麥）發(fā)電機(jī)（M. Faraday，1831年，英國(guó)） （H. F. E. Lenz，1834年，德國(guó)）電動(dòng)機(jī)（N. Tesla，1881年，克羅地亞美國(guó)）電流磁鐵（D. F. J. Arago，1820年，法國(guó)）2. 電流磁鐵磁場(chǎng)電流（H I）電流磁場(chǎng)（J. B. Biot & F. Savart，1820年，法國(guó)）

13、電流受力（A. M. Ampere，1820年，法國(guó)）（J. Henry，1829年，美國(guó)）Joseph Sauveur 電流磁體元電流線圈的磁場(chǎng)電流密度分布、磁場(chǎng)、電功率線圈對(duì)的磁場(chǎng)其它特殊磁場(chǎng)：超導(dǎo)磁體、脈沖磁場(chǎng)2. 電流磁鐵2.1.1. 基礎(chǔ)理論：依據(jù)運(yùn)動(dòng)點(diǎn)電荷：Ampre定律與BiotSavart定律電流磁鐵1I1q, vr2r1Or = r2r1I1I2dl1dl2rI1dl1r2. 電流磁鐵2.1.1. 基礎(chǔ)理論：Biot-Savart定律的應(yīng)用準(zhǔn)靜態(tài)（不適用于迅速變化的電流）電流磁鐵2用電流密度 J 代替電流強(qiáng)度 I無(wú)限長(zhǎng)直導(dǎo)線：圓電流線圈軸線：IrHIzR細(xì)導(dǎo)線電荷連續(xù)性方程數(shù)

14、學(xué)矢量的Stokes積分定理：“旋度場(chǎng)無(wú)源”：電荷連續(xù)性方程：非瞬變電流2. 電流磁鐵2.1.1. 元電流線圈的磁場(chǎng)圓形截面元電流線圈：?jiǎn)卧?、?dǎo)線截面積為零、電流 I。電流磁鐵3Iza2. 電流磁鐵2.1.1. 元電流線圈的磁場(chǎng)圓形截面第一類完全橢圓積分電流磁鐵4Iza第二類完全橢圓積分2. 電流磁鐵2.1.1. 元電流線圈的磁場(chǎng)圓形截面在線圈平面的中心位置：z 0、 0電流磁鐵5Iza？銅導(dǎo)線的截面積銅導(dǎo)線的電流密度不發(fā)熱：1.0 A/mm2LL2. 電流磁鐵2.1.1. 元電流線圈的磁場(chǎng)矩形截面元電流線圈：?jiǎn)卧?、?dǎo)線截面積為零、電流 I。電流磁鐵6z2a2bxyI2. 電流磁鐵2.1.2.

15、 有限尺寸（厚）線圈的磁場(chǎng)電流磁鐵7G(, )： Fabry因子J(r) ：電流密度：填充因子c：電阻率磁場(chǎng)強(qiáng)度與電功效率：（形式上）2a2 a2 aFabry因子的應(yīng)用典型值： 0.185（Gaume coil）線圈內(nèi)徑：2a10 cm導(dǎo)線電阻率：30 nm0H (T)1.05.01030100Wm (MW)0.0350.8673.4731.22346.9填充因子：0.8004107 H/m2. 電流磁鐵2.1.2. 電流密度1：均勻分布電流磁鐵8電流密度：J(r) =I/SFabry因子：細(xì)導(dǎo)線（超導(dǎo)磁體）2. 電流磁鐵2.1.2. 電流密度1：均勻分布電流磁鐵9 3.095 1.862G

16、(, ) 0.142 624最省電幾何G(, )1.1高度 半徑2. 電流磁鐵2.1.2. 電流密度1：均勻分布電流磁鐵10磁場(chǎng)幾何細(xì)導(dǎo)線2. 電流磁鐵2.1.2. 電流密度2：徑向分布電流磁鐵11電流密度：J(r) =I/rFabry因子：Bitter線圈2. 電流磁鐵2.1.2. 電流密度2：徑向分布電流磁鐵12 6.423 2.146G(, ) 0.166 461最省電幾何G(, )1.7高度 半徑2. 電流磁鐵2.1.2. 電流密度2：徑向分布電流磁鐵13磁場(chǎng)幾何Bitter線圈2. 電流磁鐵2.1.2. 電流密度2：徑向分布電流磁鐵14電流分布：J(r)=I/rBitter線圈單匝（

17、超強(qiáng)脈沖磁場(chǎng)）多匝（圓環(huán)片）銅導(dǎo)線的截面積：再算磁場(chǎng)銅導(dǎo)線的電流密度不發(fā)熱：1.0 A/mm2前面的例子最省電幾何2. 電流磁鐵2.1.2. 電流密度3：Gaume分布電流磁鐵15電流分布：J(r)=I/rf(z)Gaume線圈厚度漸變圓環(huán)片2. 電流磁鐵2.1.2. 電流密度3：Gaume分布電流磁鐵16電流分布：Gaume線圈Fabry因子：Legendre第一類橢圓積分2. 電流磁鐵2.1.2. 電流密度3：Gaume分布電流磁鐵17 7.757 38G(, ) 0.185 417最省電幾何G(, )2. 電流磁鐵2.1.2. 電流密度3：Gaume分布電流磁鐵18磁場(chǎng)幾何Gaume線圈

18、2. 電流磁鐵2.1.2. 電流密度4：梯形分布電流磁鐵19電流密度：J(r) =I/r2Fabry因子：等腰梯形截面線圈a a2 a2. 電流磁鐵2.1.2. 電流密度4：梯形分布電流磁鐵20電流密度：J(r) =I/r2等腰梯形截面線圈a a2 a2. 電流磁鐵2.1.2. 電流密度4：梯形分布電流磁鐵21等腰梯形截面線圈2. 電流磁鐵2.1.2. 電流密度5：最佳分布電流磁鐵22H. ZijlstraExperimental Methods in MagnetismGeneration and computation of magnetic fieldspage 53 page 55最大

19、磁場(chǎng)相同的能耗2. 電流磁鐵2.1.2. 電流密度5：最佳分布電流磁鐵23如果A1和A2滿足Euler方程2. 電流磁鐵2.1.2. 電流密度5：最佳分布電流磁鐵24電流密度等高線圖MaxwellKelvin2. 電流磁鐵2.1.2. 電流密度5：最佳分布電流磁鐵25Fabry因子：最省電幾何2. 電流磁鐵2.1.2. 電流密度5：最佳分布電流磁鐵26Fabry因子2. 電流磁鐵2.1.2. 電流密度5：最佳分布電流磁鐵27線圈幾何因子：2. 電流磁鐵2.1.2. 電流密度5：最佳分布電流磁鐵28線圈幾何因子：2. 電流磁鐵2.1.2. 電流密度：總結(jié)電流磁鐵29電流分布G(, )(, )最大

20、值(, )均勻0.142 624(3.095, 1.862)Bitter0.166 461(6.423, 2.146)Gaume0.185 417(7.757, 7)等腰梯形0.199 471(, )最佳0.216 506(, )2. 電流磁鐵2.1.2. 電流密度：總結(jié)電流磁鐵30均勻BitterGaume最佳等腰梯形2. 電流磁鐵2.1.3. 螺線管電流磁鐵31一根細(xì)導(dǎo)線繞制的單層圓柱形線圈由元電流線圈連接而成的線圈單層螺線管：無(wú)限長(zhǎng)單層螺線管：?jiǎn)螌勇菥€管中心：zlL/2LaBB0/2總長(zhǎng)度L；總匝數(shù)N，電流為I02. 電流磁鐵2.1.3. 螺線管電流磁鐵32一根細(xì)導(dǎo)線繞制的多層圓柱形線圈

21、由元電流線圈連接而成的線圈多層螺線管：電流均勻分布總長(zhǎng)度L；總匝數(shù)N，電流為I02. 電流磁鐵2.1.3. 螺線管電流磁鐵33一根粗導(dǎo)線繞制的單層圓柱形線圈總長(zhǎng)度L；總匝數(shù)N，電流為I0單層螺線管：電流徑向分布2. 電流磁鐵2.1.3. 螺線管電流磁鐵34一根粗導(dǎo)線繞制的多層圓柱形線圈總長(zhǎng)度L；總匝數(shù)N，總層數(shù)m，每一層匝數(shù)Ni，電流為I0多層螺線管：電流徑向分布2. 電流磁鐵2.1.3. 螺線管磁場(chǎng)螺線管軸線上的磁場(chǎng)為：zlL/2LaK 為線圈常數(shù)電流磁鐵352. 電流磁鐵2.1.4. Helmholtz線圈一對(duì)結(jié)構(gòu)相同的薄圓線圈同軸串聯(lián)、線圈之間的距離等于線圈半徑a。單個(gè)線圈匝數(shù)為N；電流

22、強(qiáng)度為I0。oaazyP(z, y)內(nèi)部任意一點(diǎn)P (z, y)的磁場(chǎng)為：線圈中心O (0, 0)的磁場(chǎng)為：電流磁鐵362. 電流磁鐵2.1.4. Helmholtz線圈電流磁鐵37實(shí)際Helmholtz線圈：圓線圈： 螺旋線圈，螺距2p；半徑R： 平均半徑；距離L： 偏離半徑a；線圈的層數(shù)： 多層，層數(shù)moL aazyP(z, y)內(nèi)部任意一點(diǎn)P (z, y)的磁場(chǎng)的一般表達(dá)式為：參見(jiàn)計(jì)量測(cè)試技術(shù)手冊(cè) 第7卷 電磁學(xué)表75.2. 電流磁鐵2.1.4. 線圈對(duì)均勻性電流磁鐵38（i）圓形元電流線圈對(duì)在線圈對(duì)的軸線上（0, z）處的磁場(chǎng)強(qiáng)度：daaz2. 電流磁鐵2.1.4. 線圈對(duì)均勻性電流磁

23、鐵39（i）圓形元電流線圈對(duì)daaz線圈對(duì)的軸線中心對(duì)稱性：只有偶次項(xiàng)Helmholtz條件：da二階導(dǎo)數(shù)2. 電流磁鐵2.1.4. 線圈對(duì)均勻性電流磁鐵40（i）圓形元電流線圈對(duì)d = aazHelmholtz條件：daa球諧函數(shù)展開(kāi)：雙檢測(cè)線圈信號(hào)反向2. 電流磁鐵2.1.4. 線圈對(duì)均勻性電流磁鐵41（ii）矩形元電流線圈對(duì)在線圈對(duì)的軸線上（0, z）處的磁場(chǎng)強(qiáng)度：d2a2bzxy2. 電流磁鐵2.1.4. 線圈對(duì)均勻性電流磁鐵42（ii）矩形元電流線圈對(duì)d2a2bzxyHelmholtz條件：二階導(dǎo)數(shù)2. 電流磁鐵2.1.4. 線圈對(duì)均勻性電流磁鐵42（ii）矩形元電流線圈對(duì)d2a2a

24、zxy方形元電流線圈對(duì)的Helmholtz條件：中心位置的磁場(chǎng)：2. 電流磁鐵2.1.4. 線圈對(duì)均勻性電流磁鐵43（iii）更均勻的磁場(chǎng)圓形元電流線圈四階導(dǎo)數(shù)：六階導(dǎo)數(shù)：兩對(duì)線圈三對(duì)線圈？2. 電流磁鐵2.1.4. 線圈對(duì)電流磁鐵44（iii）更均勻的磁場(chǎng)圓形元電流線圈對(duì)兩對(duì)線圈d1za2a1d2MaxwellHelmholtz2. 電流磁鐵2.1.4. 線圈對(duì)兩對(duì)線圈電流磁鐵45（iii）更均勻的磁場(chǎng)圓形元電流線圈二階導(dǎo)數(shù)與四階導(dǎo)數(shù)同時(shí)為零：（匝數(shù)匹配）Helmholtz條件2. 電流磁鐵2.1.4. 線圈對(duì)兩對(duì)線圈電流磁鐵46（iii）更均勻的磁場(chǎng)圓形元電流線圈“意外”收獲：二階、四階、

25、六階導(dǎo)數(shù)同時(shí)為零！2. 電流磁鐵2.1.4. 線圈對(duì)梯度磁場(chǎng)電流磁鐵47（iv）（串聯(lián)反接）反（接）Helmholtz線圈圓形元電流線圈daaz滿足Helmholtz條件時(shí)：d = a串聯(lián)反接檢測(cè)線圈2. 電流磁鐵2.1.4. 線圈對(duì)梯度磁場(chǎng)電流磁鐵48（iv）（串聯(lián)反接）反（接）Helmholtz線圈圓形元電流線圈daaz串聯(lián)反接檢測(cè)線圈最均勻2. 電流磁鐵2.1.5. 超導(dǎo)磁體電流磁鐵49（i）超導(dǎo)導(dǎo)線2. 電流磁鐵2.1.5. 超導(dǎo)磁體電流磁鐵50（i）超導(dǎo)導(dǎo)線I 類 超導(dǎo)體II 類 超導(dǎo)體In： 3.404 K， 293 Oe；Sn： 3.722 K， 309 Oe；Hg：4.153

26、K， 412 Oe；Ta： 4.483 K， 830 Oe；V： 5.380 K， 1420 Oe；La： 6.000 K， 1100 Oe；Pb： 7.193 K， 803 Oe；Tc： 7.770 K， 1410 Oe；Nb： 9.460 K，1980 OeNb3Ti： 10.0 K，15.0 Tesla；Nb3Sn： 18 .0K，24.5 TeslaNb3Al： 18.7 K，32.4 TeslaNb3Ge： 23.2 K，38.0 TeslaNb3(Al, Ge)：20.7 K，44.0 Tesla2. 電流磁鐵2.1.5. 超導(dǎo)磁體電流磁鐵51（ii）超導(dǎo)磁體的磁場(chǎng)a. 多層螺線管

27、：電流均勻分布b. 線圈對(duì)：分立（劈裂）磁體B00KI2. 電流磁鐵2.1.5. 超導(dǎo)磁體電流磁鐵52（iii）超導(dǎo)磁體的經(jīng)濟(jì)性 3.095 1.862G(, ) 0.142 624螺線管體積最小2a2a2aB00KI02. 電流磁鐵2.1.5. 超導(dǎo)磁體電流磁鐵53（iv）超導(dǎo)磁體的設(shè)計(jì)螺線管NbTi線（ 9 T）大均勻區(qū)專業(yè)化6 Tesla Superconducting Dipole Magnet 1981年8月31日， 美國(guó)Argonne國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Lemont）It was about 22 feet long, 13.5 feet wide, 16 feet tall and we

28、ighed 200 tons.2. 電流磁鐵2.1.6. 脈沖磁場(chǎng)電流磁鐵54螺線管、大電流。 B0KI0，K為線圈常數(shù)。tHt非破壞性（脈沖、穩(wěn)恒）、破壞性（單匝）1960年，美國(guó)MIT建立強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室（HML，F(xiàn). Bitter），25 T。2. 電流磁鐵2.1.6. 脈沖磁場(chǎng)電流磁鐵55Sarov，俄羅斯2 800 T脈沖人造最高磁場(chǎng)，破壞性NHMFL，美國(guó)300 T ?脈沖人造最高脈沖磁場(chǎng)ELMF，歐盟100 T脈沖Osaka，日本80 T脈沖NHMFL，美國(guó)45 T穩(wěn)恒人造最高穩(wěn)恒磁場(chǎng)，計(jì)劃70 TNijmegen, 荷蘭33 T穩(wěn)恒Tsukuba, 日本30 T穩(wěn)恒等離子體所，中國(guó)

29、20T穩(wěn)恒2. 電流磁鐵2.1.6. 脈沖磁場(chǎng)特殊性電流磁鐵561、脈沖持續(xù)時(shí)間：t取決于磁體能夠承受的焦耳熱波形因子線性：3；正弦：2；平臺(tái)：1.紙上談兵2. 電流磁鐵2.1.6. 脈沖磁場(chǎng)特殊性電流磁鐵572、磁場(chǎng)強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度、破壞性取決于磁體能夠承受的壓力紙上談兵2a2a2aMaxwell stress (hoop stress)2. 電流磁鐵2.1.6. 脈沖磁場(chǎng)特殊性電流磁鐵582、磁場(chǎng)強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度、破壞性取決于磁體能夠承受的壓力紙上談兵磁體導(dǎo)線材料極限抗張強(qiáng)度 （MPa）最高磁場(chǎng)（T）293 K77 K293 K77 KCu25040025.131.7Cu18% Nb1100130

30、052.657.2Carbon fibre6000122.82. 電流磁鐵2.1.6. 脈沖磁場(chǎng)特殊性電流磁鐵593、組合（電阻線圈+超導(dǎo)線圈）4、破壞性（一次性、單匝）5、測(cè)量技術(shù)（標(biāo)定）中國(guó)強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室！LocationDC Power SupplyLargest FieldResistiveHybridBraunschweig (TU)6 MW18.2 T in 32 mmCambridge, Mass (FBNML)10 MW24 T in 32 mm35.2 T in 32 mmGrenoble (MPI-CNRS)24 MW25 T in 50 mm 31.4 T in 50 mm

31、合肥等離子體所10 MW13 T in 32 mm20.2 T in 32 mmKrasnoyarsk, Russia8 MW15 T in 36 mmMoscow (KI)6 MW18.3 T in 28 mm24.6 T in 28 mmNijmegen (KU)6 MW20 T in 32 mm30.4 T in 32 mmSendai (IMR)8 MW19.5 T in 32 mm31.1 T in 32 mmTallahassee (NHMFL)40 MW33 T in 32 mm45 T in 32 mmTsukuba (NRIM)15 MW30 T in 32 mm34 T(4

32、0 T)+ in 52 mmWroclaw6 MW19 T in 25 mm世界著名DC強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室銅質(zhì)線圈銅質(zhì)線圈超導(dǎo)磁體中國(guó)科學(xué)院合肥等離子體物理研究所日本大阪大學(xué)極限科學(xué)研究中心超強(qiáng)磁場(chǎng)分部http:/www.rcem.osaka-u.ac.jp/research_magn-j.htmlList of pulsed field facilities of the worldLocationPower SupplyLargest FieldPulse LengthBeijingcapacitor 0.34 MJ 50 T in 22 mm5 msKobecapacitor 0.03 MJ3

33、0 T in 15 mm15 msLos Alamos (LANL/NHMFL)capacitor 1.5 MJ68 T in 15 mm20 msLos Alamos (LANL/NHMFL)generator 400 MVA60 T in 32 mm2s 100 ms+Cambridge, Mass (FBNML)capacitor 0.21 MJ65 T in 13 mm10 msMeridacapacitor 0.6 MJ25 T in 30 mm1.4 msMurray Hillcapacitor 0.52 MJ72 T in 10 mm15 msOsakacapacitor 1.5

34、 MJ70 T in 20 mm80 T0.6 ms0.1 msSendai (IMR)capacitor 0.1 MJ40 T in 12 mm10 msSydney (UNSW)capacitor 0.8 MJ60 T in 22 mm25 msTokyo (ISSP)capacitor 0.1 MJ 5 MJ150 T in 10 mm200 T in 6 mm 550 T in 9 mm6 ms6 ms3 msTsukubacapacitor 1.6 MJ65 T in 16 mm100 msWorcester (Mass.)capacitor 0.35 MJ47 T in 10 mm

35、10 msAmsterdamutility grid: 6 MW40 T in 20 mm1500 ms (100 ms)Berlincapacitor 0.4 MJcapacitor 0.2 MJ62 T in 18 mm200 T in 12 mm310 T in 5 mm12 ms5 ms3 msLocationPower SupplyLargest FieldPulse LengthBraunschweigcapacitor 0.04 MJ27 T in 12 mm12 msBristolcapacitor 0.18 MJ60 T in 10 mm10 msDublincapacitor 0.3 MJ26 T in 28 mm200 msFrankfurtcapacitor 0.8 MJ50 T in 22 mm18 msLeuvencapacitor 1.2 MJ60 T in 20 mm73 T in 10 mm20 ms10 msMoscow (KU)capacitor 0.18 MJ55 T in 5 mm15 msMoscowcapacitor 0.03 MJ32 T in 3 mm8 ms (State Uni)Oxfordcapacitor 0.8 MJ50 T in 20 mm15 msOportocapacitor 0.6 MJ25 T in 30 mm