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国家“十一五”重大科技基础设施项目--稳态强磁场实验装置是由水冷磁体、超导磁体、低温系统、高稳定度直流电源以及科学实验测试系统等组成的科学研究平台，它的建成将为开展凝聚态物理、化学、材料科学、地球科学、生物学、生命科学和微重力等学科的前沿研究提供强磁场平台，也使我国的强磁场水平跻身于世界先进行列。外超导磁体系统是稳态强磁场实验装置中40 T级混合磁体系统的重要组成部分，其质量的优劣将直接影响混合磁体系统的稳定运行，甚至整个磁体系统的成败。为了探索外超导磁体的研制工艺以及测试线圈的导体性能，我们研制了一个由Nb3Sn管内电缆导体(Cable-in-conduit conductor，CICC)连续绕制而成的超导线圈，亦称试验线圈。本论文通过对试验线圈的结构进行设计、研制工艺的探索、重要结构部件力学性能的分析与校核、测试结构系统的设计与搭建及线圈的性能测试等，为40 T混合磁体外超导磁体的研制提供重要基础。
本论文首先根据外超导线圈Nb3Sn CICC的初步设计方案及试验线圈的测试条件和要求，结合电磁性能分析，确定了试验线圈绕组的基本尺寸；根据试验线圈绕组及‘背景场磁体’的基本尺寸对试验线圈的结构进行了工程设计；同时总结了试验线圈的主要研制工艺。
其次，采用有限元方法对试验线圈绕组正常态及故障态下的力学性能进行分析并利用国际热核聚变实验堆(International Thermonuclear Experimental Reactor，ITER)结构设计准则对分析结果进行校核；对试验线圈其他重要部件的强度进行分析和校核；对导体铠甲在反复循环励磁情况下的疲劳特性进行了分析和研究。
最后，本论文以‘背景场磁体’及东方超环(Expermental AdvancedSuperconducting Tokamak，EAST)实验大杜瓦为试验线圈测试的基础条件，进行了测试平台结构的设计与搭建，包括‘背景场磁体’结构的改造、‘背景场磁体’结构中电流引线等连接管路的设计、两组合线圈的支撑结构设计、试验线圈与NbTiCICC过渡导体的连接结构设计等，为试验线圈顺利测试创造必备条件；采用有限元软件对结构系统中磁体支撑结构的强度进行了分析和校核；对超导线圈低温下的稳态传热进行了分析计算；此外，本论文还介绍了试验线圈的测试内容与结果，特别对力学性能测试结果进行了分析和研究。