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出版者:

作者:徐烈

出品人:

页数:252

译者:

出版时间:2008-1

价格:28.00元

装帧:

isbn号码:9787111222361

丛书系列:

图书标签:

• 电镀工艺
• 低温技术
• 真空技术
• 真空设备
• 低温真空
• 低温工程
• 真空应用
• 科学研究
• 工程技术
• 物理学
• 材料科学

《超导磁体设计与应用》 内容简介 本书全面深入地探讨了超导磁体的设计原理、关键技术、材料选择以及在现代科技领域中的广泛应用。全书结构严谨，内容翔实，旨在为从事低温工程、粒子物理、核聚变研究、高性能医疗成像设备开发以及相关基础科学研究的工程师、科研人员和高年级本科生提供一本权威的参考指南。 第一部分：超导基础与磁体原理 本部分首先回顾了超导现象的物理本质，重点讲解了第二类超导体（如NbTi、Nb3Sn等）的微观结构、临界参数（临界温度 $T_c$、临界磁场 $H_{c2}$、临界电流密度 $J_c$）及其与温度、应力、微观缺陷的关系。深入阐述了磁体结构设计的基础理论，包括磁场计算方法（如有限元法、边界元法）和磁屏蔽技术。 1.1 超导材料的本构关系与制备工艺 详细介绍了当前主流超导导线和带材的制造工艺，包括反应区熔炼法（REBCO）、元素束流固化法（BSCCO）以及金属间化合物（如 $ ext{Nb}_3 ext{Sn}$）的反应过程。重点分析了不同材料在应力敏感性、弯曲半径限制以及交流损耗（AC Loss）方面的特性差异，为实际工程选择提供数据支撑。 1.2 磁体结构力学分析与热管理 超导磁体，尤其是在大电流和强磁场下运行时，会产生巨大的电磁洛伦兹力。本章详述了电磁力计算、结构件的应力分析（使用材料强度学理论，如最大剪应力理论）以及预紧力的优化设计，以确保磁体在整个运行周期内保持几何稳定性。此外，对磁体冷却系统的设计进行了深入探讨，包括冷屏设计、热负荷计算以及不同冷却介质（液氦、冷氦气）的换热效率分析。 第二部分：关键技术与工程挑战 本部分聚焦于强磁场超导磁体工程化过程中必须克服的核心技术难题。 2.1 磁体失超（Quench）保护系统 失超是超导磁体运行中最危险的事件。本书系统梳理了失超机理，从热力学角度分析了失超的起始条件、传播速度和热点形成过程。详细阐述了主动与被动保护策略，包括快速电阻器分流技术、热沉设计、以及基于分布式温度传感器阵列的早期失超检测算法。重点讨论了如何通过优化匝间绝缘和匝间耦合来控制失超过程中的瞬时电压和能量释放。 2.2 磁体装配、测试与调试 超导磁体的装配对精度要求极高。本章介绍了高精度绕线技术、绝缘系统的选择与处理（如浸渍工艺、树脂固化），以及线圈的层间支撑设计。在测试方面，详细描述了临界电流测试（$I_c$ Test）、磁场分布测量方法（使用霍尔探针阵列和NMR探针）以及高场下的绝缘耐压测试流程。特别指出了调试过程中常见的磁体振动模式识别与抑制技术。 第三部分：特定领域超导磁体应用 本部分将理论与工程实践相结合，展示了超导磁体在尖端科技领域的具体应用实例。 3.1 核聚变反应堆磁体系统 以托卡马克（Tokamak）装置为例，深入分析了超大尺寸、高场强的环向场（TF）线圈、极向场（PF）线圈和中心螺线管（CS）线圈的特殊设计需求。讨论了采用高温超导（HTS）材料（如$ ext{REBCO}$带材）对提高未来聚变堆性能的潜力与面临的工程挑战，包括HTS导体的应力管理和连接技术。 3.2 高场磁共振成像（MRI）系统 阐述了医用MRI中主磁体的设计特点，尤其关注如何实现高均匀度（Field Homogeneity）和低漂移率的磁场。分析了梯度线圈（Gradient Coils）的优化设计，包括如何利用珀尔贴（ আরোপ）技术和反向磁通补偿技术来最小化运行过程中的振动噪声和磁场扰动。 3.3 磁悬浮与粒子加速器应用 简要介绍了轨道交通用超导磁体（如常导-超导混合系统）的设计考量，以及在强聚焦应用中，如质子治疗加速器和同步辐射光源中使用的弯转磁体和四极磁体的设计理念。强调了脉冲磁体与直流磁体的设计差异。 总结 《超导磁体设计与应用》力求构建从基础物理到尖端工程应用的完整知识体系，是超导技术领域工程师和研究人员不可或缺的专业参考书。本书注重工程实践的细节，为读者理解和解决实际工程问题提供了坚实的理论和技术基础。

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这本书的学术贡献和前瞻性也给我留下了深刻印象。它并没有停留在介绍现有成熟技术上，而是对未来发展趋势进行了有力的探讨。我尤其欣赏其中关于新型低温冷却技术与先进材料在极端真空环境下的兼容性研究部分。作者引用了大量近期的顶尖期刊文献，对一些前沿概念，例如低温制冷机在量子计算和高能物理实验中的应用潜力进行了深入的剖析和预测，这使得这本书的生命力大大延长，不至于很快过时。它的参考书目部分做得极为详尽和规范，几乎涵盖了该领域内所有重要的奠基性工作和最新进展，这对于希望进一步深造或进行原创性研究的读者来说，提供了极佳的导航地图。阅读这些章节时，我能明显感受到作者深厚的学术功底和对学科未来走向的敏锐洞察力，它不只是知识的汇编，更是一份富有远见的行业指南。

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从一个跨学科学习者的角度来看，这本书在知识的结构化方面做得非常优秀。我原本对热力学和流体力学的基础掌握得比较零散，但阅读此书后，我发现作者巧妙地构建了一个从宏观到微观、从热力学到动力学的完整知识框架。它没有将真空物理和低温物理割裂开来，而是将两者视为一个相互影响、相互耦合的系统来论述，例如在讨论低温捕集器对残余气体分子的吸附机制时，总是会回溯到气体动力学理论，并结合实际的材料表面能进行解释。这种贯穿始终的系统性思维训练，对我理解复杂工程问题的本质非常有帮助。每一章的末尾都有一个精炼的总结和几个需要读者思考的深度问题，这极大地促进了知识的内化，而不是单纯的被动接收信息，阅读过程更像是一场与作者的深入对话。

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这本书的装帧设计确实很用心，封面那种深邃的藏蓝色调，配上银色的烫金字体，一下就给人一种专业、严谨的感觉，很有质感。我拿到手的时候，首先就被它的厚度给镇住了，感觉沉甸甸的，翻开扉页，里面的印刷质量也无可挑剔，纸张的克数拿捏得恰到好处，不是那种廉价的反光纸，阅读起来眼睛非常舒服。目录的排版清晰明了，章节之间的逻辑层次过渡得非常自然，从基础的热力学原理讲起，逐步深入到具体的应用场景和实验操作规范，这对于初学者来说简直是福音，不会一上来就被那些复杂的公式和术语给吓退。而且，书里插图和图表的质量非常高，很多关键的物理过程，比如相变、热辐射的示意图，都绘制得精准且直观，看得出来作者在细节处理上是下了大功夫的。尽管内容本身偏向硬核技术，但作者在语言组织上努力保持了一种学术的严谨性与可读性之间的平衡，没有过度地堆砌晦涩难懂的行话，整体阅读体验流畅而充实，让人愿意沉下心来，细细品味每一个知识点。

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坦白说，这本书的难度是毋庸置疑的，它绝对不是一本用来“消遣”的书籍。初次翻阅时，一些涉及到复杂数学推导和非理想气体行为的章节确实让我感到有些吃力，需要反复对照附录中的数学工具进行理解。但正是这种对深度的坚守，赋予了它无可替代的价值。它迫使读者必须调动已有的知识储备，并主动去学习和掌握新的数学模型，这对于提升个人的专业解决问题的能力是非常有益的。很多其他入门书籍可能会为了追求普及性而牺牲掉对关键物理机制的精确描述，但这本书从不妥协。它对每一个物理现象都进行了严谨的量化分析，让你清楚地知道，在特定的温压条件下，系统的行为会如何偏离理想状态，这种对“不完美世界”的精确刻画，恰恰是高精尖技术领域最需要的核心素养。

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我更关注的是这本书在实际工程应用上的深度和广度。老实说，市面上很多理论教材在讲完原理后，就草草收尾，留给工程师的实际操作指导少之又少，但这本书在这方面做得相当出色。它花了大量的篇幅去详细拆解了不同类型真空系统的设计考量，从机械泵到扩散泵、涡轮分子泵的工作原理、维护周期，乃至它们在不同真空度等级下的适用性，分析得极其透彻。特别是关于超高真空（UHV）系统的泄露检测和表面污染控制那几个章节，简直像一本实战手册，里面列举的几种国际标准检测方法，比如氦质谱仪的使用技巧和注意事项，都提供了非常具体的参数范围和故障排除思路。对于我们这些需要搭建和维护高精度环境设备的人来说，这种将理论与“野外”实践紧密结合的内容，价值是无法估量的，它不仅仅是告诉你“是什么”，更重要的是告诉你“怎么做”以及“为什么这么做”。

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