Entwurf eines großangelegten supraleitenden Dipolmagneten für das CEE Spektrometer

Das CSR External-target Experiment (CEE) ist ein großangelegter Spektrometer, der am Schwerionenforschungszentrum in Lanzhou (HIRFL) im Bau ist, um die Phasenstruktur der Nuklearmaterie bei hoher Baryonendichte und die Zustandsgleichung der Nuklearmaterie bei suprasättigenden Dichten zu untersuchen. Eines der Schlüsselsysteme ist ein Dipolmagnet mit großer Akzeptanz, der ein zentrales Feld von 0,5 T und eine Homogenität von 5 % innerhalb einer 1 m langen, 1,2 m breiten und 0,9 m hohen Öffnung aufweist. Detektoren werden in dieser Öffnung installiert. Ein innovatives Design für den supraleitenden Detektormagneten wird vorgeschlagen, das über den herkömmlichen Ansatz hinausgeht. Der Magnet ist als spulen-dominante Bauart konzipiert, mit Leitern, die auf einem ellipsenförmigen Querschnitt diskretisiert sind, um die erforderlichen Felder zu erzeugen. Ein warmer Eisengestell wird verwendet, um das zentrale Feld zu verstärken und das Streufeld zu minimieren. Der Magnet hat Gesamtabmessungen von 3,4 Metern Länge, 2,7 Metern Höhe und 4,3 Metern Breite. Die Spulen werden mit einem 19-drahtigen Seil-Kabel gewickelt, das aus 12 NbTi-Supraleitern und 7 Kupferdrähten besteht. Das Verhältnis von Kupfer zu Supraleiter des Kabels beträgt 6,9. Die Kielstützen dienen als primäre Tragstruktur für die Spulen, um der elektromagnetischen Kraft standzuhalten. Die Spulen werden indirekt durch flüssiges Helium innerhalb von drei externen Heliumbehältern gekühlt. Um einen zuverlässigen Schutz des Magneten während eines Quenchs zu gewährleisten, wird eine aktive Schutzmethode in Kombination mit dem Quench-Rückwirkungseffekt eingesetzt. In diesem Papier präsentieren wir hauptsächlich das detaillierte Design des Magnetfelds, der Struktur, des Quenchschutzes und des Kryostaten für den Spektrometermagneten.