項(xiàng)目名稱：超導(dǎo)除鐵器
研究工作時(shí)間：2006.11-2008.10
完成人：朱自安、王兆連、侯治龍、劉風(fēng)亮、孔凡祝、王克祥、周瑾、馬文彬、
趙玲、王美芬、姚衛(wèi)超、閆靜
成果登記編號(hào)：9112009Y3022
成果摘要：超導(dǎo)除鐵器采用超導(dǎo)技術(shù)，大幅度提高除鐵器的磁感應(yīng)強(qiáng)度，具有系統(tǒng)能耗低，本體體積小、運(yùn)行穩(wěn)定等特點(diǎn)。普通的電磁除鐵器由于線圈有電阻,通入電流時(shí)產(chǎn)生大量熱量,安匝數(shù)越大,產(chǎn)生的熱量越大,需要散熱的設(shè)備設(shè)施越大,限制了電磁除鐵器其磁場(chǎng)強(qiáng)度只在有限的范圍內(nèi)使用。低溫超導(dǎo)除鐵器是利用在極低溫度下(＜4.2k)超導(dǎo)線無電阻的特性,可以用截面很小的超導(dǎo)線制成匝數(shù)很多的超導(dǎo)磁體而其體積很小,然后通入極大的電流,從而產(chǎn)生超強(qiáng)磁場(chǎng),產(chǎn)生吸除細(xì)小鐵雜物需要的巨大磁場(chǎng)力,由于電流無電阻,不產(chǎn)生熱量,因而消耗能量極低。
超導(dǎo)除鐵器的超導(dǎo)線圈處于低溫容器的底部，被液氦浸泡。液氦溫度為零下269℃，線圈處于超導(dǎo)狀態(tài)，電阻為零。液氦槽與室溫容器之間是高真空夾層，高真空夾層內(nèi)有熱輻射屏，熱輻射屏上包有多層絕熱，它們的作用是減小熱輻射，以減少液氦的氣發(fā)。兩臺(tái)制冷功率為1瓦的制冷機(jī)的冷凝頭插入液氦槽的頂部，氣氦在制冷機(jī)冷凝頭上冷凝液化后返回液氦槽中。
50V200A直流電源通過母排、高溫超導(dǎo)電流引線對(duì)超導(dǎo)磁體自動(dòng)勵(lì)磁，經(jīng)15分鐘，電流達(dá)到額定值，此時(shí)離除鐵器底部中心正下方550mm物料區(qū)域磁場(chǎng)達(dá)到400 mT，檢測(cè)結(jié)果為402mT,能有效地吸出物料中的各種微細(xì)弱磁性雜物。
該產(chǎn)品適用于輸煤港口，煤制油、火電廠、洗煤廠、煤化工等對(duì)除鐵要求特別高的場(chǎng)所。可以高效去除混雜在非磁性物料中小到0.01kg、大到8kg的鐵磁性物質(zhì)，去除率達(dá)到99%。，可在粉塵、潮濕、鹽霧腐蝕嚴(yán)重的惡劣環(huán)境下正常工作。
1.該技術(shù)（樣機(jī)）是將成熟的低溫超導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用到電磁除鐵器上，其優(yōu)點(diǎn)是能耗極低，磁場(chǎng)強(qiáng)度高（線圈口徑93cm中心磁場(chǎng)強(qiáng)度3特斯拉），吸鐵能力強(qiáng)。經(jīng)國家礦山機(jī)械質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心檢測(cè)，達(dá)到額定標(biāo)高550mm4000高斯以上的設(shè)計(jì)要求。
2.該技術(shù)（樣機(jī)）設(shè)計(jì)先進(jìn)，工藝合理。該技術(shù)（樣機(jī)）屬國內(nèi)首創(chuàng)，其性能達(dá)到國際先進(jìn)水平，已具備專業(yè)化試生產(chǎn)條件。專家建議對(duì)該技術(shù)盡快推廣。
項(xiàng)目名稱：同步輻射高溫高壓實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)及應(yīng)用
研究工作時(shí)間：2001.07-2005.03
完成人：劉景、李延春、李曉東、閻永廉、楊世順、洪蓉、韓慶夫、劉濤、胡天斗、謝鴻森、李暉、何偉、麥寧
成果登記編號(hào)：9112009Y3021
成果摘要： 同步輻射高溫高壓實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是由中國科學(xué)院知識(shí)創(chuàng)新重要方向項(xiàng)目、中國科學(xué)院科研設(shè)備研制項(xiàng)目和國家BEPC改進(jìn)與未來發(fā)展專項(xiàng)共同支持，依托北京同步輻射大科學(xué)裝置自行建造的開放性實(shí)驗(yàn)設(shè)施，可以在極端的高溫高壓樣品環(huán)境下研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。
該平臺(tái)是一個(gè)多種實(shí)驗(yàn)技術(shù)高難度集成的實(shí)驗(yàn)裝置，完全由課題組自行研制建造。平臺(tái)由一系列復(fù)雜的系統(tǒng)組成，包括4W2多級(jí)扭擺磁鐵光束線、金剛石對(duì)頂砧（DAC）超高壓裝置、雙面激光加溫系統(tǒng)、同步輻射X光微束聚焦系統(tǒng)、原位的微區(qū)X射線衍射系統(tǒng)、多路微小目標(biāo)精確準(zhǔn)直系統(tǒng)、紅寶石熒光測(cè)壓系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)的集成和應(yīng)用獲得了以下結(jié)果：同步輻射X光源經(jīng)K-B鏡聚焦后最小光斑達(dá)到18×6μm^2，準(zhǔn)靜水壓達(dá)到133GPa，在DAC中激光加熱溫度達(dá)到5000 K，高壓同時(shí)高溫的實(shí)驗(yàn)條件達(dá)到55GPa和2700 K，成為國際上第三個(gè)能夠?qū)ν忾_放的激光加溫高溫高壓同步輻射實(shí)驗(yàn)站。在新建的高溫高壓實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，首次在2.7GPa下原位觀測(cè)到石墨的熔化。課題組改造研制的對(duì)稱性DAC可獲得200 GPa以上的樣品壓力，已用于17個(gè)高壓研究組。
中國科學(xué)院基礎(chǔ)科學(xué)局和資源環(huán)境局分別于2004年12月和2005年9月，組織專家對(duì)高溫高壓實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行了中期評(píng)估和驗(yàn)收。專家們給于高度評(píng)價(jià)，認(rèn)為"在三年時(shí)間即建成了高水平的同步輻射高溫高壓實(shí)驗(yàn)裝置，并成功地完成了一系列高水平實(shí)驗(yàn)，從實(shí)驗(yàn)裝置建成速度及高難度實(shí)驗(yàn)的成功率等方面在高壓研究領(lǐng)域內(nèi)均是少見的"。
同步輻射高溫高壓實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是目前國內(nèi)唯一的利用同步輻射在DAC中進(jìn)行高溫高壓實(shí)驗(yàn)研究的裝置，從2003年開始逐漸使用，至今已穩(wěn)定運(yùn)行5年，接待21個(gè)單位的28個(gè)課題組，提供機(jī)時(shí)6500多小時(shí),參加實(shí)驗(yàn)人員150余名。在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果已發(fā)表文章100余篇，其中SCI收錄73篇。平臺(tái)的建設(shè)改變了國內(nèi)同步輻射高壓實(shí)驗(yàn)技術(shù)長(zhǎng)期落后的面貌。其應(yīng)用壯大了國內(nèi)高壓科學(xué)研究的隊(duì)伍，促進(jìn)了高壓技術(shù)和研究水平的提高。
項(xiàng)目名稱：大功率波導(dǎo)真空閥門
研究工作時(shí)間：2002.08-2009.08
完成人：趙風(fēng)利、李廣林、趙延平、秦國強(qiáng)、鄒曉軍、劉晉通
成果登記編號(hào)：9112009Y3020
成果摘要：大功率波導(dǎo)真空閥門，是大功率微波真空精密設(shè)備，它具有微波大功率傳輸和真空密封雙重功能，這是該項(xiàng)目發(fā)明的主要難點(diǎn)和重點(diǎn)。發(fā)明設(shè)計(jì)的技術(shù)要求是，第一要能承受盡可能高的微波功率，寬頻帶，低損耗，反射要很小；第二能夠頻繁使用，壽命要長(zhǎng)。該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新穎、可靠，操作簡(jiǎn)單，目前，該設(shè)備已經(jīng)成功地高功率運(yùn)行在第二代北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的直線加速器中。
項(xiàng)目名稱：500MHz 超導(dǎo)腔高功率輸入耦合器
研究工作時(shí)間：2007.01-2008.12
完成人：潘衛(wèi)民、馬強(qiáng)、王光偉、黃彤明、趙光遠(yuǎn)、
成果登記編號(hào)：9112009Y3019
成果摘要：項(xiàng)目以北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)升級(jí)改造工程（BEPCII）的大工程背景為契機(jī)，首次在國內(nèi)開展連續(xù)波100kW以上量級(jí)的超導(dǎo)腔高功率輸入耦合器的研制。項(xiàng)目所取得的主要成果歸納如下：（1）廣泛而深入地調(diào)研了國外加速器實(shí)驗(yàn)室的超導(dǎo)腔高功率輸入耦合器的研制情況，并結(jié)合BEPCII儲(chǔ)存環(huán)超導(dǎo)腔系統(tǒng)的特定要求，通過仿真計(jì)算，進(jìn)行結(jié)構(gòu)改動(dòng)和優(yōu)化，獨(dú)立完成了BEPCII 500MHz超導(dǎo)腔高功率輸入耦合器的物理設(shè)計(jì)；（2）結(jié)合國內(nèi)的工業(yè)水平，探索了一套適于國內(nèi)加工條件的工藝路線，完成了BEPCII 500MHz超導(dǎo)腔高功率輸入耦合器的主體關(guān)鍵部件（即高頻窗體和內(nèi)導(dǎo)體）的加工制造；（3）對(duì)加工完成的耦合器的主體進(jìn)行了高功率測(cè)試和老練，測(cè)試通過了270kW連續(xù)波高頻功率，這一功率水平代表了目前國內(nèi)該領(lǐng)域的最高水平，在國際上也處于先進(jìn)行列。同時(shí)，在老練測(cè)試中探索和創(chuàng)造了一種新型高效的老練方法。該成果可直接應(yīng)用到BEPCII 500MHz超導(dǎo)腔上，既擺脫了對(duì)國外進(jìn)口的依賴，又節(jié)約了大量經(jīng)費(fèi)；其技術(shù)可應(yīng)用于國內(nèi)幾家加速器實(shí)驗(yàn)室的高頻加速腔高功率輸入耦合器的研制中，如上海同步輻射光源、中國散裂中子源以及臺(tái)灣同步輻射光源等，同時(shí)也可推廣應(yīng)用于國際上正在預(yù)研的能量回收加速器（ERL）、國際直線對(duì)撞機(jī)（ILC）等未來大型、新型加速器的超導(dǎo)腔高功率輸入耦合器上。
項(xiàng)目編號(hào)：高流強(qiáng)下基于海量數(shù)據(jù)高速同步傳輸與實(shí)時(shí)處理的觸發(fā)判選技術(shù)的研究
研究工作時(shí)間：2004.03-2008.10
完成人：劉振安、徐昊、王科、金大鵬、龔文煊、王強(qiáng)、張?jiān)略⑽簳?、喬巧、盧云鵬、
成果登記編號(hào)：9112009Y3018
成果摘要：
本課題主要研究?jī)?nèi)容為針對(duì)北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)重大改造工程中高亮度、高流強(qiáng)、高本底的特點(diǎn)，基于擁有的探測(cè)條件，并運(yùn)用最新的電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)研究、優(yōu)化出一套流水線式的實(shí)時(shí)事例選擇系統(tǒng)，即觸發(fā)系統(tǒng)。該系統(tǒng)要保證在對(duì)感興趣的物理事例有足夠高的判選效率的前提下，有效地排除束流相關(guān)本底，以便整個(gè)系統(tǒng)能夠高效可靠地工作。
本課題經(jīng)過物理需求調(diào)研、方案仿真模擬、關(guān)鍵技術(shù)的公關(guān)、硬件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)調(diào)試等過程，利用最新的FPGA和光纖傳輸技術(shù)，解決了所有問題并最終完成了設(shè)計(jì)。采用的主要技術(shù)及特點(diǎn)有：
1.創(chuàng)建了獨(dú)特模型，模擬仿真并優(yōu)化了系統(tǒng)的方案和參數(shù)；
2.在國際上率先使用光纖和RocketIO技術(shù)實(shí)現(xiàn)了單道1.75Gbps、整體200Gbps以上的同步實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸和事例選擇（模式識(shí)別）系統(tǒng)；
3.系統(tǒng)完全可重構(gòu)。系統(tǒng)內(nèi)所有插件由可編程邏輯器件FPGA實(shí)現(xiàn)。預(yù)留100%擴(kuò)充資源。FPGA的加載在線完成，實(shí)現(xiàn)了完全的系統(tǒng)可重構(gòu)，提供了方便的調(diào)試和運(yùn)行調(diào)整手段。
4.采用光纖進(jìn)行系統(tǒng)間的完全隔離，避免了共地回路造成的串?dāng)_，大大降低了各子系統(tǒng)間串?dāng)_帶來的噪聲，提高了系統(tǒng)的測(cè)量精度；
5.一板多用插件，基于FPGA實(shí)現(xiàn)的插件，利用通用化設(shè)計(jì)，通過多種靈活的方式設(shè)置不同固化軟件的辦法來實(shí)現(xiàn)不同功能的插件，減少了功能插件的種類，方便了系統(tǒng)的維護(hù)。
本課題發(fā)展的多項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)成功運(yùn)用于國家重大改造工程北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)北京譜儀III的觸發(fā)判選系統(tǒng)的建造，并成功運(yùn)行一年多，為繼續(xù)保持中國在高科技領(lǐng)域占有一席之地的目標(biāo)做出了貢獻(xiàn)。課題研制過程中取得的先進(jìn)技術(shù)被國外同行認(rèn)可，受邀參加德國的PANDA國際合作和日本KEK的BelleII的升級(jí)改造合作，為我國參加先進(jìn)科學(xué)研究的國際合作做出了實(shí)質(zhì)性的貢獻(xiàn)。項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)在核物理、核醫(yī)學(xué)成像及工業(yè)CT等領(lǐng)域及其它大規(guī)模實(shí)時(shí)模式識(shí)別系統(tǒng)研究中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
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