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零蒸發(fā)自供液氦的超導磁體液氦杜瓦瓶(一)

點擊次數(shù):1029 更新時間:2021-03-02

摘要:中國科學院強磁場科學中心設計研制成功了溫孔100mm中心磁場5.0特斯拉的零蒸發(fā)自供液氦的超導磁體液氦杜瓦瓶。配有一臺G-M制冷機和氦冷凝器。氦冷凝器用于冷卻超導磁體并能生產(chǎn)液氦。超導磁體從室溫冷卻到4.5K用時96h。不補充氦氣時,液氦杜瓦瓶液氦零蒸發(fā);用高壓氦氣鋼瓶補氣時可以自供液氦,氨液化率為4.4升/天。杜瓦的熱絕緣性能優(yōu)于國外同類型杜瓦。
關鍵詞:G-M制冷機;零蒸發(fā);自供液氦;超導磁體;杜瓦
引言
裝在真空容器上。制冷機為住友SR DK-408D, 共有兩級冷頭,一級冷頭與冷屏相連,冷屏外包有多層絕熱材料。二級冷頭與氦冷凝器相連用以冷卻超導磁體。為監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)溫度變化,共裝有6只溫度計,分別放置在液氦貯槽的冷屏中部,超導磁體的內(nèi)冷屏中部,制冷機二級冷頭,磁體線圈繞組,可拔高溫超導電流引線上端和下端。除二級冷頭用cerno x溫度計外,其余5只為碳電阻溫度計。液氦貯槽內(nèi)安裝有超導氦液面計一只。對杜瓦真空夾層抽真空,真空達到1.5X10-4Pa,不在使用分子泵抽真空。
傳統(tǒng)的浸泡式超導磁體的冷卻方法是先用液氮預冷“,即:將超導磁體用液氮浸泡一段時間后,趕出液氮;低溫杜瓦內(nèi)膽抽真空并用純氦氣置換多次;再輸入液氦浸泡超導磁體。此方法需要耗費較多的人力物力。零蒸發(fā)自供液氦的超導磁體杜瓦沒有采用液氮預冷,而是采用G-M制冷機和氦冷凝器直接將超導磁體從室溫冷卻至液氦溫度。超導磁體被液氦浸泡后,繼續(xù)向杜瓦內(nèi)補充室溫氦氣,G-M制冷機可以將補充到杜瓦內(nèi)膽中的氦氣液化,即實現(xiàn)了自供液氦。
杜瓦的工作原理
結構設計將普通高壓鋼瓶(6m³, 150bar) 中的氦氣經(jīng)減壓閥減壓后充人杜瓦內(nèi)膽,維持內(nèi)膽液氦貯槽為正壓力。啟動G-M制冷機,與二級冷頭相連的氦冷零蒸發(fā)自供液氦超導磁體液氦杜瓦瓶由5T超導磁體,G-M制冷機,液氦貯槽,氦冷凝器,冷屏和多層絕熱,可拔高溫超導電流引線,吊裝拉桿以及真空容器組成(圖1) 。超導磁體由NbT i超導線繞制, 質量為60kg,工作電流為100A,*高磁場為5T,磁場均勻區(qū)長度為290毫米,均勻區(qū)的磁場不均勻度<3.5凝器逐漸將內(nèi)膽中的氦氣冷卻。隨著G-M制冷機連續(xù)運行,冷凝器中的氦氣溫度逐漸降低,密度增大,冷氦氣在重力的作用下,經(jīng)導冷管流入內(nèi)膽液氦貯槽下方的超導磁體底部,同時超導磁體底部的熱

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