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第1章 超导磁体科学技术的发展和应用 1

1.1 超导电性的基本现象和相关的理论 1

1.1.1 超导体的发现 1

1.1.2 超导体的基本特性 3

1.1.3 超导电性的二流电子模型 6

1.1.4 超导体的伦敦方程 7

1.1.5 金兹堡-朗道理论——G-L方程 7

1.1.6 超导体的BCS微观理论 9

1.2 实用化的超导线材的基本特性和发展趋势 10

1.2.1 铌钛超导线材——NbTi/Cu 11

1.2.2 A15型化合物铌三锡和铌三铝超导线材 13

1.2.3 Bi系、Y系和MgB2高温超导带材 16

1.2.4 Chevrel相超导体 20

1.2.5 实用化的超导线／带材的临界电流密度和磁感应强度之间的关系 21

1.3 超导磁体科学技术及其应用 24

1.3.1 高磁场核磁共振谱仪和人体核磁共振成像系统及强场生物医学效应 25

1.3.2 高磁场高能加速器磁体 27

1.3.3 高磁场受控热核聚变超导磁体 28

1.3.4 配置在大科学平台上的强磁场装置——散裂中子源 29

1.3.5 用于混合磁体和科学仪器的极高磁场超导磁体 31

1.3.6 实现材料科学研究的高磁场超导磁体系统 34

1.3.7 空间探测和辐射防护高磁场超导磁体系统 35

1.3.8 超导电工技术应用 36

1.4 高磁场超导磁体技术发展面临的技术挑战 37

参考文献 43

第2章 高磁场超导磁体的电磁场逆问题 44

2.1 高磁场超导磁体的电磁场理论 44

2.2 块状导体的磁感应强度 47

2.3 螺管形线圈的磁场分布 53

2.3.1 环形电流丝的磁感应强度 54

2.3.2 螺管线圈的磁感应强度 57

2.3.3 不完整的螺管线圈的磁感应强度 62

2.3.4 矩形截面的椭圆形线圈磁感应强度的分布 66

2.4 高均匀度螺管形超导磁体 68

2.5 高磁场超导螺管形线圈设计的一般考虑 72

2.6 加速器超导磁体的磁场 79

2.7 高磁场超导磁体电磁设计的数学优化方法 88

2.7.1 序列二次规划算法 89

2.7.2 模拟退火优化算法 91

2.7.3 遗传优化算法（GA） 92

2.7.4 遗传优化算法和传统搜索方法的对比 97

2.7.5 遗传优化算法在非线性规划中的应用 98

2.7.6 优化方法的改进及相互结合 100

2.8 高温超导磁体电磁设计 105

2.9 高磁场核磁共振谱仪和人体核磁共振成像超导磁体 109

2.10 球坐标系下磁场的目标场方法 118

2.11 传导冷却的超导磁体和加速器二极磁体 129

参考文献 136

第3章 高磁场超导磁体的机械稳定性 139

3.1 高磁场超导磁体机械稳定性的有限元分析方法 139

3.1.1 应力／应变关系 140

3.1.2 轴对称条件下应力与应变 143

3.1.3 元素积分点的应力与应变 145

3.1.4 材料的非线性问题 145

3.1.5 ANSYS分析非线性应力问题 146

3.2 螺管线圈的热机械和电磁条件下应力、应变特性 147

3.3 多螺管线圈的平面应力／应变的分析（GPS） 157

3.4 极高磁场超导磁体的弹塑性分析理论 163

3.5 极高磁场超导磁体的弹塑性FEA模型 169

3.6 高磁场超导线的电和热机械效应 178

3.7 高温超导线圈的热和电磁应力分析 185

3.8 实验和数值模拟超导绕组的机械特性 188

3.9 加速器超导磁体的机械结构 191

参考文献 196

第4章 超导体的磁热稳定性理论 198

4.1 非理想Ⅱ类超导体及临界态模型 198

4.2 磁通跳跃的绝热稳定化理论 201

4.3 动态稳定化理论 209

4.4 低温稳定化理论 216

4.5 超导复合带／薄膜的本征稳定理论 226

4.6 圆柱形截面超导复合线材的本征稳定理论 232

4.7 超导薄膜的热稳定性 236

4.8 高温超导薄膜的本征稳定性 238

4.9 超导线的基材与超导体截面积之比对于磁体稳定性的影响 241

4.10 高温超导体的指数损耗和电流衰减 245

参考文献 247

第5章 超导体的交流损耗 248

5.1 超导和常规电力机械的损耗比较 248

5.2 超导体的磁滞损耗 249

5.2.1 一维矩形超导块的磁滞损耗 251

5.2.2 轴向磁场中圆柱形超导块的磁滞损耗 255

5.2.3 横向磁场中圆柱形超导块的磁滞损耗 255

5.2.4 具有传输电流的超导块的磁滞损耗 257

5.3 超导线材在横向磁场中的耦合损耗 259

5.3.1 超导复合线的耦合时间常数 260

5.3.2 临界磁感应强度对时间的变化率 262

5.3.3 横向磁场中耦合损耗的计算 263

5.4 多截面复合超导线材在横向磁场中的耦合时间常数 264

5.5 超导线材在横向磁场中的穿透损耗 267

5.6 具有直流传输电流的超导多丝块的附属损耗 269

5.7 高温超导带材AC损耗的有限元分析技术 274

5.8 超导电缆的电流分布和损耗 282

5.9 超导线的自场磁滞损耗 289

5.10 多丝超导股在横向和纵向磁场中的磁热稳定性 290

5.11 考虑纵向磁场的多重超导电缆的设计 298

参考文献 299

第6章 超导磁体系统的失超保护技术 302

6.1 超导磁体失超的产生 302

6.2 超导磁体的保护和检测电路 304

6.3 绝热稳定化超导磁体的失超零维分析方法 308

6.4 绝热稳定化超导磁体的失超传播速度 310

6.5 绝热稳定化小型超导磁体中横向正常区域的传播速度 316

6.6 绝热稳定化的超导线圈的失超特性 319

6.6.1 一维有界的正常区 321

6.6.2 二维有界正常区域传播 323

6.6.3 三维有界正常区域传播 324

6.7 几种超导线圈失超保护电路分析 327

6.8 绝热稳定化超导线圈失超数值分析发展 337

6.9 绝热稳定化磁体失超的数值方法 338

6.9.1 绝热稳定化三维螺管线圈的失超分析方法 339

6.9.2 二维有限元分析超导磁体的失超问题 343

6.10 失超分析程序4Quench 346

6.11 饼状结构的超导线圈的失超传播 348

6.12 高温超导薄膜和涂层导体内的正常区域的传播速度 351

6.13 Bi系高温超导磁体的正常区域传播分析方法 356

6.14 铝稳定化的超导体的稳定性和失超传播 360

6.15 制冷机冷却的超导磁体在励磁时的稳定性和失超分析 369

参考文献 376

第7章 大规模CICC超导磁体失超和运行 378

7.1 CICC导体失超研究的发展 378

7.2 一维CICC超导体失超过程的物理模型和数学简化 382

7.3 CICC超导体失超的解析解法 394

7.4 具有中心孔的CICC导体稳定性 403

7.5 CICC超导体失超的移动网格有限体元和有限元分析 409

7.5.1 移动网格的有限体元方法 410

7.5.2 移动网格有限元方法 412

7.6 大规模KSTAR Tokamak瞬态运行的分析 417

7.6.1 等离子放电过程中的感应电流 417

7.6.2 超导绕组内的氦膨胀和热转换过程 418

7.6.3 超导磁体系统的超导股和结构材料的交流损耗 419

参考文献 424

附录Ⅰ 超导和低温材料的物理参数 426

Ⅰ.1 YBCO超导材料的基本物理特性 428

Ⅰ.2 银的物理特性 429

Ⅰ.3 Bi2223超导体的物理特性 430

Ⅰ.4 低温超导材料及其稳态基材的物理特性 431

附录Ⅱ 低温结构材料和超导材料的机械特性 435

参考文献 438