SHINE超導波蕩器樣機電流引線冷卻設計及測試

湯啟升 周巧根 吳騰馬 張繼東 樊 凱 丁 祎 文雍梅

1（中國科學院上海應用物理研究所 上海 201800）

2（中國科學院大學 北京 100049）

3（中國科學院上海高等研究院 上海 201204）

波蕩器是先進光源上的關鍵設備。根據其磁場的來源可分為永磁波蕩器和超導波蕩器（Superconducting Undulator，SCU）。相比于永磁波蕩器，SCU在相同的磁隙下能產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）等光源上都已實現了SCU在電子儲存環上的運行［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上。SHINE將建設三條波蕩器線，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，且可產生能量為10～25 keV的光子。

為驗證技術的可行性，在批量生產之前進行了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。另一套冷卻介質為4.2 K液氦的回路，用來冷卻超導磁體、束流通道。由常導銅引線段和HTS段組成的二元電流引線用來連接恒溫器外部電纜與內部低溫超導線圈，形成通電回路。由于HTS產生的焦耳熱非常小且其導熱系數小，較之于銅材引線可明顯降低由45 K溫區傳遞到4.2 K溫區的熱量。常導銅引線上有來自其熱端的漏熱以及通電后產生的焦耳熱，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、設計中的SCU都裝有制冷機且內部置有液氦槽，即制冷系統與主機集成在一起，結構上較為復雜［1-5］，其優點是直接利用制冷機冷頭和液氦槽來冷卻電流引線［6-8］。……