目前，大型加速器所用超导磁体通常采用 Cos-theta 型或跑道型线圈结构，
存在绕制困难、应力累积大、线圈加固和成型工艺复杂、加工成本高等缺点。随
着超导磁体技术的快速发展，寻求一种结构简单、磁场分布好且运行稳定的线圈
形式，对于发展更高磁场、更紧凑结构和更低成本的未来加速器超导磁体具有重
大意义。斜螺线管型线圈结构（Canted-Cosine-Theta，CCT）具有磁场品质优越、
机械性能突出、绕制工艺简单、加工成本低等优点，国际上多家加速器实验室
（CERN、LBNL、PSI）已开展该技术的研究工作。
针对近物所大科学装置 HIAF、CiADS 的需求，并结合医用 Gantry 磁体的发
展方向，论文从小型样机磁体的研制入手，借鉴前期 CCT 相关项目研制经验，
详细对 CCT 超导四极磁体的电磁、结构等方面展开研究，掌握磁体从设计、加
工、绕制到装配成型等关键技术，为未来该类型超导磁体（多极和组合功能型）
的发展提供一个全新思路。
围绕该新型线圈结构，开展以下内容的研究：
(1) CCT线圈磁场仿真方法研究。通过对CCT线圈参数方程的推导，得到线
圈绕组与磁场之间的解析表达式，并分别介绍了CCT二极、四极及组合功能型磁
体产生磁场的机理；对于CCT线圈磁场计算，给出了两种计算方法：解析法和有
限元方法。结合两种方法的优势，利用专业磁场仿真程序，发展了一套CCT磁体
高效、精确磁场设计方法。
(2) CCT线圈参数优化与误差分析研究。通过分析不同CCT线圈组合产生的
磁场分布，得到一种最优线圈组合方案：RL+LR（LR+RL）； 阐述了CCT磁体在
设计过程中需要考虑的因素，包括：最小倾斜角、磁场、场增益系数和超导线用
量等。通过分析各参数与倾斜角的关系，将积分场作为优化目标，得到CCT磁体
最优的倾斜角。由于CCT线圈产生的磁场与电流路径直接相关，文中基于拉丁超
立方抽样方法分析了线圈绕制误差和装配误差对磁场性能的影响。
(3) 提出了三种CCT线圈实现方案：槽内电缆、槽内导线和槽内多线圈。通
过不同工艺方案的探索，最终确定了槽内多线圈技术，并成功研制了一台CCT
超导四极磁体样机。基于失超传播速度和有限元两种方法对该磁体进行了数值模拟。最后，对CCT超导四极磁体进行了低温测试和性能评估。
本论文通过完成国内首台CCT超导四极磁体样机，掌握了该类超导磁体的设
计方法、技术路线和工艺参数，为后续大科学装置项目中该类型超导磁体的应用
打下坚实的基础。