2012年9月中国高能物理学家提出建造一个周长为100km的环形正负电子对撞机,该对撞机一期工程为正负电子对撞机(CEPC),二期工程为超级质子对撞机(SPPC);欧洲核子研究中心正在推进FCC的预研工作。超级质子对撞机SPPC以及FCC等均需要高场强超导磁体,用于高能量质子束流的转向和聚焦。高温超导是超导磁体未来发展的重点方向,相对低温超导具有临界电流密度高,上临界磁场高,临界温度高等特点。本论文针对高温超导在加速器磁体领域的应用开展了前期探索,主要内容包括:1)基于铁基超导线材的SPPC二极磁体的电磁设计:主磁场强度12 T,该磁体采用跑道型结构,场均匀度达到万分之一。跑道型磁体端部采用椭圆曲线,有效降低了磁场高阶分量。完成了全铁基超导磁体三维沿窄面弯折和沿宽面弯折两种弯曲方式的设计并作了对比。2)16T超导二极磁体的初步设计:采用13T背场磁体加3 T内插线圈的方案,在背场磁体提供的50 mm的空隙内插入ReBCO线圈,通过优化线圈端部,有效降低了高场区域的线材宽面与磁力线夹角。该设计的优点是将ReBCO的安全裕度提高了 40%,内插线圈同时完成了提高场强和改善场均匀度的作用。详细分析了内插线圈的位置以及轭铁的位置对磁场均匀度的影响并进行了优化,达到了设计指标。3)本论文提出了一种基于跑道型超导线圈新的端部结构“气球”端部。在两个跑道线圈的10 mm间隙中插入ReBCO线圈,采用反角度绕制实现了 ReBCO带材20 mm的绕制弯曲半径。在张力优化过程中,基于曲率连续的概念,设计了一段缓和曲线,与反角度弧组合成新端部方案“气球”端部。绕制了一系列直线段为100 mm的“气球”端部线圈,采用了不同的绝缘方案,固化以及绕线工艺,经过77 K测试均达到设计指标。并对有绝缘线圈进行了 4.2K测试,临界电流达到了 800 A,证明了新端部方案的可行性。采用ReBCO以及铁基分别绕制了直线段为730 mm的LPF1-B内插线圈,采用金属不锈钢带绝缘方案,ReBCO线圈在77 K下测试达到了指标,完成了铁基及ReBCO试验线圈高场性能测试,基本达到了设计电流。研究成果主要包括:总结了二极磁体优化中影响场均匀度和电流密度的多种因素,经过优化达到了预期的设计指标。提出了“气球”端部新端部方案,同时优化了线材和磁场的夹角和绕线过程中的应力,实现了小空间大弯曲半径的插入。该方案充分利用了背景磁体的平行场,提供了更高的电流和安全余量。已经完成的相关实验证明了该新结构的可行性,在高磁场领域有望得到进一步的应用。完成了 16 T二极磁体的设计,同时完成了跑道型线圈内插线圈的平行场插入和校正磁体的高阶分量,总结并分析了各个变量和磁场均匀度,最高磁场以及线材宽面与磁场夹角的关系,达到了设计指标。