小型制冷机冷却的超导磁体系统结构紧凑、操作和维护方便,简化了低温氦氮传输系统的复杂性,降低了设备投资及运行成本,近年来在国际上发展比较迅速。现有的小型制冷机所能提供的冷量有限,商用脉冲管制冷机液氦温区目前最大冷量为1.5W/4.2K,采用高温超导体电流引线可以大大地降低系统的热负荷,为小型制冷机冷却超导磁体提供可行性。μ介子对撞机及中微子工厂要求产生并加速高强度μ介子,其关键核心技术即对μ介子进行离子化冷却。μ介子离子化冷却实验装置(The international Muon Ionization Cooling Experiment-MICE)是世界上首次实验证明离子化冷却μ介子的科学研究装置,实验结果对于未来μ介子加速器装置的成功至关重要。超导耦合磁体系统是构成MICE实验装置的关键设备,采用二级脉冲管制冷机冷却,电流引线为铜和高温超导体组成的二元电流引线。本文以MICE超导耦合磁体二元电流引线及低温系统为主要研究对象,开展了深入的理论研究工作,研究结果为MICE耦合超导磁体系统设计、测试及稳定运行提供理论依据。本文首先推导了传导冷却常规金属引线的优化过程。设计得到了210A铜电流引线,并对其传热情况进行了理论分析和数值模拟。计算了MICE耦合超导磁体系统周围的杂散场,分析了杂散场对HTS-110高温超导体电流引线性能的影响,以确定高温超导体电流引线的安装运行方位,安装时要使磁场方向与高温超导体的优势方向一致。研究结果表明高温超导体引线热端附近磁场小于0.4T则不需要磁屏蔽,对于超导耦合磁体,引线热端到磁体中心的距离要求大于1.40m。对电流引线和制冷机冷头的氮化铝绝缘垫片热连接结构进行了详细的分析,并提出了故障态下用冷氦气冷却电流引线的保护措施。在详细分析磁体低温系统的基础上,计算了60K与4.2K温区下系统的热负荷分别为38.53W和0.627W,计算结果表明在本文计算条件下,现有脉冲管制冷机PT-415可以提供所需的冷量。为了增大超导磁体稳定运行安全裕度,需要尽量减小磁体和冷源之间的传热温差,热虹吸系统能够在小温差下传递大的热量。本文分析了耦合超导磁体冷却的热虹吸连接方式,设计计算了热虹吸系统的冷凝器。直流磁体非稳态过程的交流损耗是磁体最主要的内热源。本文计算和分析了耦合磁体正常励磁过程和快速卸载过程的磁体损耗。耦合超导磁体励磁和卸载过程设计时间比较长,线圈的交流损耗主要是磁滞损耗。运用有限元软件ANSYS数值模拟了稳态运行状态、正常励磁过程和快速卸载过程中耦合超导磁体的温度场分布,得到了磁体内部的最高热点温度约为5.063K,超导磁体在该温度下可以正常运行而不失超,但是要求系统内储存有额外的液氦以提供所需的冷量。