强磁场改变了原子核与核外电子间的磁力距,从而改变物质的特性。因此强磁场为基础科学以及交叉科学提供新的研究方向。由超导磁体产生的磁场与水冷磁体相比不仅运行成本低、稳定性高、而且磁场更加均匀。由超导材料的特性可知,将HTS磁体冷却至更低的温度,可以获得更高的磁场强度以及梯度,有助于拓宽SWIP直线装置物理实验的范围。HTS磁体励磁时,引线的热负荷占低温系统总热负荷的50%以上,通过降低引线的热负荷就能降低低温系统的总热负荷。影响电流引线热负荷的因素有引线的冷却方式、引线的热导率、电阻率、引线的几何形状。引线的冷却方式由超导磁体的冷却方式决定。引线的热导率、电阻率由引线的材料决定。通过不同的设计方法计算引线的最佳尺寸因子。综合计算结果及引线加工成本,设计引线的几何尺寸。根据引线设计结果,通过数值模拟的方法,分析引线在不同的励磁电流下,引线的温度、热流密度沿引线轴向的变化规律,判断引线温度、热流密度最高点位置,为SWIP直线装置选择电流引线提供理论依据。综合考虑超导磁体的尺寸与带材的机械性能,如果采用传导式直接冷却超导磁体,虽然冷却成本低,但是磁体冷却过程中不仅要承受温差的应力的影响,还需承受小型低温制冷机机械振动的影响。因此采用液氦(氦气)作为超导磁体的主要冷却介质,液氮作为超导磁体的预冷介质。采用液态或气态的冷却介质冷却超导磁体不但可以降低磁体内部的温差应力,同时缩短冷却时间,提高了超导磁体的安全性。首先采用液氮将超导磁体冷却至液氮温度。通过数值模拟的方法,分析在超导磁体冷却过程中,不同流动状态、不同流速的液氮对超导磁体内部最大温差以及降温时间的影响。根据数值分析结果,提出液氮预冷超导磁体的最佳方案。超导磁体经液氮预冷后,低温系统需要进行排氮处理,为超导磁体深度冷却工作做准备。通过数值模拟的方法,分析低温系统排氮时间对超导磁体温度的影响。为实现超导磁体的快速冷却,采用液氦对超导磁体进行深度冷却,分析在超导磁体冷却过程中,不同质量流速的液氦对超导磁体内部最大温差以及降温时间的影响。根据数值分析结果,提出液氦深度冷却超导磁体的最佳方案。当只有氦气无液氦时,在超导磁体经液氮预冷、低温系统排氮之后,采用氦气对超导磁体进行深度冷却。由小型低温制冷机提供冷量,翅片换热器与氦气构成热桥,通过氦气与超导磁体进行对流换热,将超导磁体冷却至更低温度。在整个氦气深度冷却超导磁体的过程中,翅片换热器的换热效果尤为重要,直接影响了超导磁体深度冷却的时间。翅片换热器的换热效果与翅片换热器的材质、翅片间距、翅片高三者密切相关。通过数值模拟的方法,分析不同材质、不同翅片间距、不同翅片高的翅片换热器的换热效果。根据数值分析结果,为SWIP直线装置选择选择翅片换热器提供理论依据。