超導(dǎo)磁體屬于電磁體，線圈使用超導(dǎo)線材繞制，電流可以一直在閉合線圈內(nèi)部持續(xù)流動(dòng)產(chǎn)生靜磁場。我們需要液氦維持線圈的超導(dǎo)。由于超導(dǎo)線材的連接焊接點(diǎn)殘留極小的電阻，其中的電流仍會極緩慢衰減，靜磁場強(qiáng)度也會持續(xù)降低，我們用場漂（field drift）來反映這個(gè)特性，并通過鎖場功能來保持靜磁場穩(wěn)定。但當(dāng)由于各種原因線圈中出現(xiàn)了額外的電阻時(shí)，就形成了失超。

液氦的作用是保持超導(dǎo)線圈在超導(dǎo)狀態(tài)，并保持真空腔的高真空狀態(tài)。由于空氣密度遠(yuǎn)大于氦氣，補(bǔ)加液氦過程中及補(bǔ)加后，確認(rèn)密封好所有接口，避免空氣下沉并被冰凍形成負(fù)壓倒吸。

液氮通過自身揮發(fā)減低空間熱輻射，減少液氦的揮發(fā)消耗。由于空氣接觸到液氮時(shí)氧氣會被液化，補(bǔ)加液氮過程中及補(bǔ)加后，確認(rèn)密封避免負(fù)壓倒吸。

重要：空氣倒吸進(jìn)液氮或液氦腔會導(dǎo)致端口結(jié)冰被封閉，揮發(fā)的氣體不能正常釋出，形成超壓導(dǎo)致低溫液體沸點(diǎn)升高。液氦腔超壓可能直接導(dǎo)致失超。

真空：隔絕周圍環(huán)境對液氮液氦的熱傳導(dǎo)，由于液氦可以凍結(jié)真空腔內(nèi)多數(shù)氣體分子（游離的氦氣分子也會被吸附器捕捉），正常其可以維持在高真空狀態(tài)，但當(dāng)液氦排空后，會進(jìn)入低真空狀態(tài)。

主場開關(guān)：由于超導(dǎo)線圈為近似零阻的閉合環(huán)路，安裝時(shí)我們需要通過加熱中間一小段超導(dǎo)線使其產(chǎn)生電阻，才可以將電流充進(jìn)超導(dǎo)線圈的主體部分。這一小段超導(dǎo)線和其上的加熱絲構(gòu)成主場開關(guān)。其位置在超導(dǎo)線圈主體之上，充電完成后，關(guān)閉加熱，液氦會冷卻這段超導(dǎo)線從而整個(gè)超導(dǎo)線圈閉合并自持。

慢速失超：Opening Main Switch，為避免加熱時(shí)熱量傳導(dǎo)，主場開關(guān)位置略高于超導(dǎo)線圈主體，大約對應(yīng)液氦圖上標(biāo)注的minimum level during energizing，隨著液面下降，會較早的暴露在氦氣中，如果補(bǔ)加液氦時(shí)傳輸管沒有充分冷卻，熱的氦氣吹入可能導(dǎo)致這一部分出現(xiàn)電阻，或者是這里發(fā)生了磁通跳躍（參考下文）出現(xiàn)電阻，導(dǎo)致電流損耗加大，液氦揮發(fā)加速，鎖場失敗，形成慢失超，有幾率轉(zhuǎn)變成快失超。

快速失超：Quench，是指超導(dǎo)線圈完全失去超導(dǎo)性，所有電流轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃?，將液氦快速揮發(fā)掉（幾分鐘內(nèi)），常見于安裝過程中，由于導(dǎo)線受電磁力重新分布位移摩擦生熱出現(xiàn)。日?？赡苡捎诼С笠好嫦陆抵僚R界值或者線圈主體發(fā)生了磁通跳躍（參考下文）導(dǎo)致，此過程中線圈主體的溫度會急劇升高，當(dāng)液氦面較低時(shí)，有幾率導(dǎo)致磁體報(bào)廢。

失超處理：當(dāng)發(fā)現(xiàn)慢失超時(shí)，請立即聯(lián)系布魯克售后服務(wù)團(tuán)隊(duì)。工程師可以通過連接電源，使電流不再流經(jīng)主場開關(guān)，其會逐漸冷卻再次進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)。當(dāng)電源不能及時(shí)到位時(shí)，應(yīng)連續(xù)補(bǔ)加液氦避免出現(xiàn)快失超。當(dāng)工具和液氦都無法及時(shí)到位時(shí)，或者突發(fā)的快失超，首先注意避免人員窒息，待失超完成后檢查各個(gè)閥門閉合，如果沒有液氦剩余，需排空液氮，因?yàn)檫@時(shí)的真空已經(jīng)變差，磁體表面及內(nèi)部會出現(xiàn)結(jié)霜等現(xiàn)象，應(yīng)關(guān)機(jī)并取下探頭，勻場線圈等附著配件，以減少損失。

失超后原因分析：只需要排除補(bǔ)加時(shí)操作不當(dāng)，檢查磁體內(nèi)部沒有結(jié)冰，以及確認(rèn)了液氦補(bǔ)加周期和純度，（請液氦供應(yīng)商提供失超前最近一補(bǔ)加對應(yīng)批次液氦的出廠質(zhì)檢報(bào)告，如下圖），基本可以界定是磁通跳躍導(dǎo)致的失超，或稱自發(fā)失超。絕大多數(shù)失超后的磁體可以再次成功安裝并穩(wěn)定工作。

磁通釘扎：Flux Pinning，是指超導(dǎo)體量子磁通線被缺陷或其他各種勢阱所束縛的狀態(tài)。磁通線是二類超導(dǎo)體中有磁場時(shí)出現(xiàn)的一根一根磁力線束。但超導(dǎo)材料中總有一些缺陷，使得磁通線剛好處于這些缺陷位置時(shí)，系統(tǒng)的總能量最低，因此磁通線會被束縛住，這個(gè)現(xiàn)象叫磁通釘扎。

磁通跳躍：Flux Jumping，由于漲落效應(yīng)，磁通線總是在其平衡位置周圍作無規(guī)則運(yùn)動(dòng)。被束縛的磁通線受到洛倫茲力作用可能會定向運(yùn)動(dòng)，并在其正常芯及其周圍放出熱量，超導(dǎo)體就會有電阻出現(xiàn)磁通運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致有能量損耗，由于磁熱效應(yīng)，能量損耗又導(dǎo)致局部升溫，局部升溫導(dǎo)致該處釘扎效應(yīng)降低，釘扎效應(yīng)降低又導(dǎo)致磁通進(jìn)一步運(yùn)動(dòng)。循環(huán)往復(fù)，少量緩慢的磁通運(yùn)動(dòng)引起大量的、迅速的磁通運(yùn)動(dòng)，如同雪崩，即稱磁通跳躍。這種特性是二類超導(dǎo)體的固有特性，其可以導(dǎo)致局部突然出現(xiàn)電阻，如果出現(xiàn)在主場開關(guān)處，會導(dǎo)致慢失超，如果出現(xiàn)在線圈主體，會導(dǎo)致快失超。

布魯克BioSpin提供專業(yè)的液氦補(bǔ)加服務(wù)，以及包含有磁體失超恢復(fù)的LabScape Connect合約。我們推薦用戶接入全球磁體監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)磁體問題。