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零蒸發(fā)自供液氦的超導(dǎo)磁體液氦杜瓦瓶(一)

點(diǎn)擊次數(shù):839 更新時(shí)間:2021-03-02

摘要:中國科學(xué)院強(qiáng)磁場科學(xué)中心設(shè)計(jì)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(dǎo)磁體液氦杜瓦瓶。配有一臺(tái)G-M制冷機(jī)和氦冷凝器。氦冷凝器用于冷卻超導(dǎo)磁體并能生產(chǎn)液氦。超導(dǎo)磁體從室溫冷卻到4.5K用時(shí)96h。不補(bǔ)充氦氣時(shí),液氦杜瓦瓶液氦零蒸發(fā);用高壓氦氣鋼瓶補(bǔ)氣時(shí)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(guān)鍵詞:G-M制冷機(jī);零蒸發(fā);自供液氦;超導(dǎo)磁體;杜瓦
引言
裝在真空容器上。制冷機(jī)為住友SR DK-408D, 共有兩級(jí)冷頭,一級(jí)冷頭與冷屏相連,冷屏外包有多層絕熱材料。二級(jí)冷頭與氦冷凝器相連用以冷卻超導(dǎo)磁體。為監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)溫度變化,共裝有6只溫度計(jì),分別放置在液氦貯槽的冷屏中部,超導(dǎo)磁體的內(nèi)冷屏中部,制冷機(jī)二級(jí)冷頭,磁體線圈繞組,可拔高溫超導(dǎo)電流引線上端和下端。除二級(jí)冷頭用cerno x溫度計(jì)外,其余5只為碳電阻溫度計(jì)。液氦貯槽內(nèi)安裝有超導(dǎo)氦液面計(jì)一只。對(duì)杜瓦真空夾層抽真空,真空達(dá)到1.5X10-4Pa,不在使用分子泵抽真空。
傳統(tǒng)的浸泡式超導(dǎo)磁體的冷卻方法是先用液氮預(yù)冷“,即:將超導(dǎo)磁體用液氮浸泡一段時(shí)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(dǎo)磁體。此方法需要耗費(fèi)較多的人力物力。零蒸發(fā)自供液氦的超導(dǎo)磁體杜瓦沒有采用液氮預(yù)冷,而是采用G-M制冷機(jī)和氦冷凝器直接將超導(dǎo)磁體從室溫冷卻至液氦溫度。超導(dǎo)磁體被液氦浸泡后,繼續(xù)向杜瓦內(nèi)補(bǔ)充室溫氦氣,G-M制冷機(jī)可以將補(bǔ)充到杜瓦內(nèi)膽中的氦氣液化,即實(shí)現(xiàn)了自供液氦。
杜瓦的工作原理
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(dòng)G-M制冷機(jī),與二級(jí)冷頭相連的氦冷零蒸發(fā)自供液氦超導(dǎo)磁體液氦杜瓦瓶由5T超導(dǎo)磁體,G-M制冷機(jī),液氦貯槽,氦冷凝器,冷屏和多層絕熱,可拔高溫超導(dǎo)電流引線,吊裝拉桿以及真空容器組成(圖1) 。超導(dǎo)磁體由NbT i超導(dǎo)線繞制, 質(zhì)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(jī)連續(xù)運(yùn)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(dǎo)冷管流入內(nèi)膽液氦貯槽下方的超導(dǎo)磁體底部,同時(shí)超導(dǎo)磁體底部的熱

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