超流氦低温恒温器冷质量准直调节及低温变形分析

为满足超导射频腔及超导磁体低温下的加速器准直精度要求，对超流氦低温恒温器冷质量的准直调节方案进行分析。通过对冷质量的低温位移进行有限元模拟计算，获得其在2 K超流氦温区的位移变形量，利用拉伸丝型位移监测仪（WPM）在线测量数据来验证模拟分析方法。结果表明，模拟值与测量值具有较好的一致性，为底部支撑型式低温恒温器的准直调节方案设计提供了重要的数据基础。     

C-ADS主加速器系统CM4低温恒温器的热负荷分析

为了优化CM4低温恒温器的结构型式,本文对低温恒温器热负荷来源进行了研究,包括低温绝热支撑(POST)、电流引线、高功率耦合器的热传导,80K冷屏的热辐射,超导腔、高功率耦合器的动态热负荷等。研究结果表明,CM4低温恒温器满足低热负荷的要求,为下一步低温恒温器的优化及运行调试提供了理论基础。     

加速器驱动次临界系统注入器Ⅱ低温恒温器控制系统

根据加速器驱动次临界系统（ADS）注入器Ⅱ对低温设备的要求设计了一套EPICS架构的控制系统,实现了低温恒温器系统的远程监控功能。该系统的主要控制设备为PLC和串口服务器,相应的控制程序在LabVIEW中开发完成,并使用DSC模块将被控设备的状态和参数等信息以过程变量的形式发布到控制网络中,实现了EPICS接入。使用PID算法将低温恒温器的氦槽压力控制在目标值的±100 Pa内变化,保证了超导腔的正常工作要求。设计的控制系统运行稳定,在5 MeV的束流实验中发挥了作用。     

同步辐射加速器超导Wiggler磁体系统低温恒温器

介绍了低温恒温器的设计和制造特点。Wiggler磁体是同步辐射装置的重要部件。合肥国家同步辐射加速器的一周期超导Wiggler磁体,最大中心磁场为5T。低温恒温器为超导磁体提供4.2K的工作环境,用液氮套屏蔽辐射热。超导磁体用8根不锈钢管悬挂在低温恒温器的外壳上。8块采用双面敷铜印刷线路板制作,并经过表面处理的防辐射屏,用于减少颈管顶法兰的辐射热。低温恒温器提供了20×40mm椭圆形截面的束流通道。     

同步辐射加速器超导Wiggler磁体系统低温恒温器

介绍了低温恒温器的设计和制造特点。Wiggler磁体是同步辐射装置的重要部件。合肥国家同步辐射加速器的一周期超导Wiggler磁体,最大中心磁场为5T。低温恒温器为超导磁体提供4.2K的工作环境,用液氮套屏蔽辐射热。超导磁体用8根不锈钢管悬挂在低温恒温器的外壳上。8块采用双面敷铜印刷线路板制作,并经过表面处理的防辐射屏,用于减少颈管顶法兰的辐射热。低温恒温器提供了20mm×40mm椭圆形截面的束流通道。     

230MeV超导质子回旋加速器超导磁体的预冷与降温

正230MeV超导质子回旋加速器主要由主磁铁、超导磁体、高频系统、离子源系统、引出系统等多个子系统组成,旨在制造一台能用于临床质子治疗的高性能超导回旋加速器。超导磁体的结构示于图1,由超导线圈组件、冷屏、阀箱、低温恒温器、低温传输管线、线圈支撑杆和失超保护系统等组成。     

5MW低温核供热堆制冷试验研究

在５ＭＷ低温核供热堆上，使用国产新研制的蒸汽双效溴机进行了５ＭＷ低温核供热堆制冷系统的制冷试验。试验表明，该供热堆制冷具有热源参数稳定，对外负荷变化的跟随性和自稳定性皆好等优点，该制冷系统的制冷试验成功，为商业化核制冷工程的设计、建造及运行提供了宝贵的技术数据和运行经验。最后，还介绍了供热堆制冷系统实施的热电联供及制冷综合利用方案和供暖与制冷综合利用方案。     

低温堆上空腔失水事故模拟实验研究

叙述了位于低温堆上空腔位置的中小尺寸管道破裂引起的小破口失水事故研究。在核供热堆热工水力学实验系统ＨＲＴＬ－５上，对停堆后堆内有剩余功率的上空腔小破口失水事故进行了模拟实验，分析了小破口失水事故发生后，系统运行重要参数的变化，给出了上空腔小破口失水事故对低温安全性的影响。     

Spoke012超导腔低温调谐器的研制

调谐器是超导高频系统中的关键设备之一,其功能是调节超导腔的频率。在Spoke012超导高频系统中,我们研发了一个在低温环境下运行的特殊调谐器。该调谐器由操作原理不同的两个部分组成,一个是步进电机驱动的粗调谐部分,另一个是压电陶瓷驱动的细诃谐部分。这两个部分串联放置,可达到粗调约200kHz和细调约5Hz的调谐精度。本文报道该低温调谐器的基本参数、设计方案及性能测试结果。     

低频率低β低温氮掺杂HWR超导腔的性能测试

中国原子能科学研究院和北京大学联合提出的北京在线同位素分离丰中子束流装置（BISOL）的强流氘驱动加速器采用半波长谐振（HWR）超导腔作为主要加速结构，加速能量为3～40 MeV的强流氘离子。为此，北京大学设计并研究了可加速50 mA 氘束的β=0.09、频率为162.5 MHz HWR超导腔。本文介绍该腔的设计、加工、表面处理及低温射频性能测试，并研究将低温氮掺杂这种新的表面处理方法用于该腔，进行低温超导性能测试。实验结果表明，采用圆锥形（taper）结构的HWR超导腔在2 K温度下达17 MV/m的高加速梯度。通过低温氮掺杂后，HWR超导腔在2 K、10 MV/m下的品质因数Q₀提升了1倍，表明HWR超导腔有高加速梯度高品质因数的优点。     

Operational performance of EAST cryogenic system and analysis of it's upgrading

Since the first commissioning in February 2005, EAST cryogenic system was cooled down and warmed up for seven physics experimental campaigns. The operational performance of the cryogenic system, and heat loads released on different operational modes, together with cryogenic behaviors on magnets are presented in this paper. All of the thirteen pairs of current leads (CLs) in EAST tokamak have been upgraded to high temperature superconductor (HTS) current leads, so the liquefaction requirement for the refrigerator was greatly reduced and operational mode is quite different from the original optimization mode. In addition, when the physics experiments progress steadily, the requirements of the refrigeration are becoming higher. Furthermore, some components need to be replaced, because of low efficiencies or low stability. So the cryogenic system needs to be analyzed for upgrading. This paper presents the preliminary analysis.     

PKU-SCAF 1.3GHz超导腔超流氦冷却循环设计及运行温度优化

超导腔的BCS表面电阻是温度的指数函数,降低超导腔工作温度可以减少超导腔的射频功率损失,但同时制冷设备的效率也会急剧降低.本文以北京大学超导加速器实验装置(PKU-SCAF)1.3 GHz的9壳型超导加速腔为例,对1.3 GHz超导腔采用的压力为3.13 kPa的饱和态超流氦冷却循环方案及运行温度进行了分析研究.从提高超流氦冷却系统的制冷系数、降低超导腔的动态损耗出发,通过对5种超流氦冷却循环方案以及超流氦冷却循环的效率和超导腔低温系统的能耗进行数值模拟和分析,得出了适合PKU-SCAF主超导腔的最佳工作温度为1.95K.     

Cryogenic system design for HIAF iLinac

A helium cryogenic system is designed by the Institute of Modern Physics,Chinese Academy of Sciences,to supply different cooling powers to the cryomodules of ion-Linac (iLinac) accelerator,which serves as the injector of the High Intensity Heavy-Ion Accelerator Facility project.The iLinac is a superconducting heavy-ion accelerator approximately 100 m long and contains 13cryomodules cooled by superfluid helium.This article describes the cryogenic system design of the iLinac accelerator.The requirements of the cryogenic system,such as cooling mode,refrigeration temperature,operating pressure and pressure stability,are introduced and described in detail.In addition,heat loads from different sources are analyzed and calculated quantitatively.An equivalent cooling capacity of 10 kW at 4.5 K was determined for the cryogenic system according to the total heat load.Furthermore,a system process design was conducted and analyzed in detail.Further,the system layout and the main equipment are presented.     

低温精馏氢同位素分离技术及其应用

低温精馏是大规模分离氢同位素的有效手段,本文对该工艺涉及的气体纯化、制冷与真空、测量与控制、安全防护等关键技术进行简要介绍。对该工艺在重水生产、重水升级和除氚、聚变堆氘氚燃料循环、武器用氚等领域的国外应用做了回顾。分析了国内对该技术的需求,提出今后开展的研究方向。     

The Application and Improvement of Helium Turbines in the EAST Cryogenic System

The helium cryogenic system supplies supercritical helium cooling capacity at 4.5 K for the superconducting magnets in the EAST superconducting tokamak.Four low-temperature helium turbines are used in the 2 kW helium refrigeration system,and their performance and reliability are critical for the continuous operation of the tokamak.The turbines were made by the Helium Mechanics Company in Russia.The start-up process is very unstable,easily broken,and thus testing and improvements are needed.In this paper,we analyze the structure of the helium turbine,make improvements,and describe the testing process and results of the improved helium turbines.Some of the operational experiences during the start-up process and tests are also presented.     

土壤硝酸盐中15N同位素测定前处理自动化辅助装置设计和验证

随着稳定同位素质谱技术在土壤氮循环研究中的广泛应用,氮稳定同位素分析对样品前处理方法提出了更高要求,而合适的样品处理方法是确保分析结果准确可靠的关键。设计开发1种适用于土壤微量硝酸盐中氮稳定同位素分析前处理辅助装置,将基于光电感应装置的自动进样系统与注液、抽真空-气体置换系统相融合,将原前处理方法中液体试剂注入,反应体系抽真空及氦气置换等人为操作过程改为自动化处理环节。系统测试结果表明:该套辅助装置具有良好的自动抽真空、注气和加液重复性。装置抽真空系统的真空度绝对误差可控制在0.5 Pa以内,气体注入体积绝对误差可控制在0.2 mL以内,而注液系统的注液体积绝对误差也可控制在0.1 mL以内,变异系数(CV)均小于1%。使用标准参比样品测试整套系统的准确度和精密度,所有测试样品均获得了较好的准确度和精密度,CV<1%。研制的装置结合痕量气体预浓缩装置—稳定同位素质谱(PreCon-IRMS)联用仪,可以建立方便快捷的低样品量下硝酸盐中15 N同位素质谱检测方法,可为土壤氮循环过程研究提供关键技术支撑。     

Present status and one upgrading method with a cold compressor of the EAST sub-cooling helium cryogenic system

Since 2006,the superconducting toroidal field (TF) coils of the Experimental Advanced Superconducting Tokomak (EAST) have been successfully cooled by supercritical helium at a temperature of 4.5 K and a pressure of 4 bara in eleven experiments.To obtain higher operating currents and magnetic fields it is necessary to lower the operating temperature of the TF coils.The EAST sub-cooling helium cryogenic system,with a warm oil ring pump (ORP),was tested twice in cool-down experiments,which made the TF coils operate at 3.8 K.However,the long term operational stability of the sub-cooling system cannot be guaranteed because of the ORP's poor mechanical and control performance.In this paper,the present status of the EAST subcooling helium cryogenic system is described,and then several cooling methods below 4.2 K and their merits are presented and analyzed.Finally,an upgrading method with a cold compressor for an EAST sub-cooling helium cryogenic system is proposed.The new process flow and thermodynamic calculation of the sub-cooling helium system,and the main parameters of the cold compressor,are also presented in detail.This work will provide a reference for the future upgrading of the sub-cooling helium system for higher operation parameters of the EAST device.     

EAST低温系统的故障树分析

EAST是世界上进行聚变研究的先进超导托卡马克实验装置.低温冷却系统是EAST的主要子系统之一,担负着纵向和极向场线圈、纵场线圈盒、冷屏和电流引线的冷却功能,需保证其能长期稳定运行.本文运用故障树分析法来评价低温系统的可靠性,使用自主开发的软件RiskA建立低温系统的故障树模型并进行定量计算,得到系统的失效概率和部件的重要度,并提出改进建议,为系统的优化设计和提高可靠性提供参考.     

EAST托卡马克绝缘子低温力学性能理论及实验分析

复合材料绝缘子是EAST托卡马克磁体系统的关键部件，担负着整个磁体系统低温冷却回路与高压部件的对地绝缘作用。运行中，绝缘子在低温下要承受较高的内压及电压，保持绝缘子在低温状态下的机械整体性是运行安全的必要保证。从整个装置的使用安全考虑，有必要对绝缘子低温力学性能作全面分析。本工作首先对绝缘子的机械低温力学性能进行理论分析，然后通过设计的低温力学实验验证理论分析结果。以此为基础，对装置中的损坏绝缘子进行分析，确定损坏原因。     

一种新型半导体探测器的应用

介绍了一种测量X射线的Si-PIN电制冷半导体探测器,以及它在X射线谱分析中的应用。由于该探测器采用了电制冷方法,从而摆脱了传统的Si(Li)探测器在使用和保存时必须定期向其添加液氮的麻烦。