基于PLC的BESⅢ束流管冷却系统自动监控系统的设计

北京正负电子对撞机BEPCⅡ的二期改造工程为中国科学院重大项目改造工程,BESⅢ束流管冷却系统对BESⅢ束流管进行冷却,其中BESⅢ束流管冷却系统的自动监控系统负责BESⅢ束流管冷却系统的全面安全可靠运行。从工程设计的角度出发,介绍了自动监控系统的主要结构、工作原理、监控系统硬件选型及软件设计,并对系统的可靠性进行分析。运行结果表明,该监控系统满足BESⅢ束流管冷却系统的工艺要求,安全可靠。     

北京谱仪Ⅲ内冷却液用聚氨酯管的耐辐射性能研究

北京谱仪（BESⅢ）工作环境内存在以γ和中子为主的辐射，聚氨酯管作为BESⅢ束流管及加速器SCQ（超导四极铁）真空盒的冷却液导管，在BESⅢ工作环境下的耐辐射老化性能至关重要。本工作模拟聚氨酯管在BESⅢ环境内使用10a所接受的剂量，对聚酯型聚氨酯管和聚醚型聚氨酯管进行γ辐射和中子辐射。采用耐压测试、傅里叶红外光谱分析和热分析方法，研究辐射前后两种聚氨酯管的性能。对比结果表明，聚酯型聚氨酯管的耐辐射性能以及热稳定性好于聚醚型聚氨酯管，在接受γ辐射和中子辐射后，聚酯型聚氨酯管正常耐压强度基本未变，但聚醚型聚氨酯管在接受中子辐射后产生老化断裂。     

粉末冶金态铍在北京谱仪束流管中的应用

根据北京谱仪(BESⅢ)束流管对材料物理性能的要求,对几种材料的物理性能进行比较后,选择粉末冶金态铍作为BESⅢ束流管的中心管材料。采用失重法对粉末冶金态铍在1号电火花加工油中的耐腐蚀性能进行研究,结果表明：粉末冶金态铍在1号电火花加工油中具有较好的耐蚀性,其腐蚀速率由初始的4.18×10^-7kg•m^-2•h^－1逐渐变小,并稳定为1.54×10^-7kg•m^-2•h^－1;在束流管10a的设计寿命内,粉末冶金态铍的最大腐蚀深度估算值为19.9μm,该值是BESⅢ束流管中心管最小厚度600μm的3.32%,满足BESⅢ的工程运行要求。     

γ辐照作用下GFRP热分解动力学研究

玻璃纤维增强塑料（GFRP）因其良好的热绝缘性能和力学性能,在高能物理和核物理实验领域被用来制作支撑设备,而高能物理和核物理实验会对其支撑设备产生一定的γ和中子辐照,为保证GFRP支撑设备在γ辐照条件下的结构稳定性,需研究辐照对其热分解性能的影响。结果表明,GFRP在氮气氛围中的热分解可分为3个阶段;GFRP失重率随辐照剂量的增大而增大;辐照使GFRP的活化能增加,Friedman法计算得出平均活化能由辐照前的96.1 kJ·mol^-1增加到200 kGy辐照后的116.6 kJ·mol^-1,Flynn-Wall-Ozawa（FWO）法计算得出平均活化能由辐照前的107.6 kJ·mol^-1增加到200 kGy辐照后的125.4 kJ·mol^-1。扫描电镜对微观形貌观察发现辐照后环氧树脂与玻璃纤维结合度降低,差示扫描量热法分析得出辐照使环氧树脂进一步固化反应。     

BES Ⅲ束流管应力场的有限元分析与实验研究

束流管位于北京谱仪Ⅲ（BES Ⅲ）中心位置,是最小壁厚为0.6 mm的真空薄壁夹层圆管。新一代北京正负电子对撞机（BEPC Ⅱ）在运行时将会有更多的高次模辐射（HOM）和同步辐射（SR）热负荷作用于束流管的内表面,使束流管内产生辐射热应力。本文从数值模拟和实验两方面对BES Ⅲ束流管应力场进行研究,结果表明,束流管在一端完全固支一端轴向自由的约束条件下,当内部辐射热负荷达到最大值750 W时,束流管各零部件--铍管、铝放大腔、过渡银环、铜管、不锈钢法兰的最大应力分别为21.9、6.9、5.0、9.1、24.4 MPa,束流管整体安全系数为11.0。目前束流管正在安全运行,保证了BEPC Ⅱ的正常工作和BES Ⅲ的精确粒子探测。     

不同剂量γ辐照对玻璃纤维/环氧树脂热性能的影响

玻璃纤维增强树脂(GF/EP)因其良好的热绝缘性能和优异的力学性能,在高能物理和核物理实验领域作为支撑材料得到应用。高能物理和核物理实验会对支撑材料产生大量的γ和中子辐射,同时要求其保持热性能的稳定。本文对20kGy、100kGy和200kGy剂量的γ辐照下GF/EP的各项热学性能进行测试研究,包括热膨胀性能、导热性和热降解性能,并对辐照前后GF/EP的微观形貌进行观察。结果发现,辐照后,GF/EP的微观形貌发生变化,基体树脂产生碎片化,辐照后线膨胀范围缩小,线膨胀系数略有降低;导热系数降低,降低幅度随辐照剂量的增大而减小;热分解温度基本保持不变,最快热分解温度略有降低,γ辐照过程中同时发生辐照交联和辐照降解反应,但总体热学性能保持稳定,在使用温度范围内保持良好的稳定性。     

北京谱仪Ⅲ束流铍管环形窄通道冷却优化设计

北京谱仪Ⅲ(BESⅢ)要求束流铍管部分物质量尽可能少,同时要求将束流铍管内部产生的热负荷通过冷却介质带走,精确控制外壁温度。本文结合理论分析和有限元数值模拟对束流铍管的冷却环形窄通道尺寸进行优化设计,确定了窄通道最佳间隙,研究了集中热负荷对内外壁温度场的影响,并确定了冷却液最佳工作流速。根据设计结构,制作出束流铍管实际尺寸实验模型。实验测量结果表明,束流铍管冷却结构设计合理,最佳流速满足冷却要求。     

γ辐照作用下GFRP热分解动力学研究

玻璃纤维增强塑料(GFRP)因其良好的热绝缘性能和力学性能,在高能物理和核物理实验领域被用来制作支撑设备,而高能物理和核物理实验会对其支撑设备产生一定的γ和中子辐照,为保证GFRP支撑设备在γ辐照条件下的结构稳定性,需研究辐照对其热分解性能的影响。结果表明,GFRP在氮气氛围中的热分解可分为3个阶段;GFRP失重率随辐照剂量的增大而增大;辐照使GFRP的活化能增加,Friedman法计算得出平均活化能由辐照前的96.1 kJ·mol~(-1)增加到200 k Gy辐照后的116.6 kJ·mol~(-1),Flynn-Wall-Ozawa(FWO)法计算得出平均活化能由辐照前的107.6 kJ·mol~(-1)增加到200 k Gy辐照后的125.4 kJ·mol~(-1)。扫描电镜对微观形貌观察发现辐照后环氧树脂与玻璃纤维结合度降低,差示扫描量热法分析得出辐照使环氧树脂进一步固化反应。     

BES Ⅲ束流管温度场的数值模拟及实验研究

束流管安装在北京谱仪（BES Ⅲ）子探测器漂移室的内筒,新一代北京正负电子对撞机（BEPC Ⅱ）在运行时将会有更多的同步辐射和高次模辐射热负荷作用于束流管的内表面,过高的热量和过大的温度变化幅度将会影响漂移室的正常粒子的探测。本文对束流管温度场进行了有限元数值模拟和实验研究,并对漂移室内筒的内壁面温度进行了数值分析。结果表明,当束流管内壁辐射热负荷在0～750 W变化时,设定束流管的中心管冷却油和外延管冷却水的进口温度分别为291.4 K和291.6 K,可将漂移室内筒的内壁温度控制在292.8~293.9 K,满足（293±2）K的要求,保证了BES Ⅲ的精确粒子探测和BEPCⅡ的正常运行。     

γ辐照对玻璃布/环氧树脂层压板压缩性能的影响

玻璃纤维/环氧树脂复合材料具有高绝缘性和高力学性能,常作为支撑材料用于高能物理和核物理试验,但其力学性能在辐照环境中将发生变化。根据玻璃纤维/环氧树脂复合材料在新一代北京正负电子对撞机(BEPCII)中的应用要求,研究了玻璃纤维/环氧树脂复合材料中的玻璃布/环氧树脂层压板γ辐照前后的压缩性能。研究表明:经20kGy的γ辐照后,玻璃布/环氧树脂层压板的压缩强度由辐照前的320.21 MPa下降为315.05 MPa,下降了1.61%;经200kGy的γ辐照后,玻璃布/环氧树脂层压板的压缩强度下降为312.30 MPa,下降了2.47%。利用扫描电镜对辐照前后的试件断口进行微观形貌观察,发现辐照对玻璃布没有明显影响,但使玻璃布与环氧树脂的结合度有所降低,环氧树脂的碎片化趋于明显,红外谱图显示环氧树脂在辐照后的降解反应强于交联反应。