中国散裂中子源小型非直冷式低温恒温器技术

中国散裂中子源(CSNS)中国自主建设的第一台散裂中子源,CSNS一期工程需设计并配置3套以上的小型低温恒温器。介绍了CSNS小型非直冷式低温恒温器及系统设计、系统控制设计以及测试结果,获得了该恒温器内真空腔的真空度、样品管氦气压力与温度之间的变化关系,为低温恒温器的设计和在CSNS应用中的运行维护提供了理论依据。     

中国散裂中子源4K低温恒温器温度校正

介绍了中国散裂中子源(CSNS)一期4 K低温恒温器的结构、性能测试及样品温度测试结果。测试结果显示样品座测点温度与实际样品温度存在温差,所以必须对样品温度进行校正。通过对样品区域进行热工分析,设计了可以密封氦气的样品盒,实现了测点温度与样品温度的一致。     

散裂中子源超临界低温氢循环用氢氦换热器设计

中国散裂中子源工程(CSNS)采用氦制冷循环冷却超临界氢至20 K温区,进而用低温超临界氢慢化中子。根据冷却系统的运行工况和参数要求,使用MUSE软件对氢氦换热器进行设计计算,并分析了其压力、温度、传热系数的沿程分布。结果显示氦气侧的压降限制主导了换热器的主要结构尺寸。由于氦制冷机的氦气压力和质量流量较低,氦气侧的传热系数较低,研究表明这是该换热器性能提升的瓶颈。     

散裂中子源低温系统的概念设计

为促进中子散射技术在中国的进一步发展,中国科学院和广东省政府将在广东省东莞市建设一座基于加速器的散裂中子源装置(CSNS).设计的低温系统主要包括氦制冷机、氢循环冷箱和氢安全系统,其中氢循环系统采用单相超临界氢循环工质,氢泵强制循环的技术模式.氦制冷系统提供低温氦气,通过换热器将氢循环回路的全部热负荷带走,氢安全系统采用了多重屏障隔绝措施来确保低温系统的安全.介绍了CSNs低温系统的基本原理和布局,并详细说明了其主要技术参数及工作过程.     

中国散裂中子源低温系统调试及运行进展（英文）

中国散裂中子源(简称CSNS)低温系统的主要作用是为靶站慢化器提供满足温度和压力要求的低温超临界氢。低温系统的调试历经1年,主要包括4个方面:(1)氦制冷机验收测试,使用制冷机内部的加热器作为热负载,测试制冷机的制冷量;(2)氦降温测试,使用模拟负载模拟慢化器动态热负荷,采用氦气降温至20K后复温并检漏。(3)氢降温测试,采样氢降温至20K并优化控制逻辑。(4)低温系统与慢化器的联合降温测试。CSNS低温系统目前已经完成了所有调试工作,并配合靶站谱仪的调试工作完成5次较长时间的持续稳定运行。     

中国散裂中子源低温系统氦制冷系统的安装与调试

氦制冷系统是中国散裂中子源(CSNS)低温系统的重要组成部分,能够为氢循环系统提供2 200 W@20 K的冷源。介绍了CSNS氦制冷系统的组成及设备布局图及氦制冷系统的调试原理,完成了控制界面图及氦制冷系统的安装和调试准备工作,详细说明了调试的过程,获得了700 W/1 400 W/2 200 W 3种制冷功率下的状态参数。氦制冷系统调试顺利完成,结果满足了验收指标。     

基于D-D中子源校准中子周围剂量当量仪的最小房间尺寸研究

在中子周围剂量当量仪校准过程中,使用D-D中子源代替传统同位素中子源会使校准过程具有更高的安全性.为推动D-D中子源在中子周围剂量当量仪校准过程中的应用,提出了应用蒙特卡罗(MC)法的能量截断法代替影锥法的散射中子研究方法;分析了在不同类型房间中,不同内部空间尺寸对散射中子的影响.计算结果表明随着房间内部空间的增大,入...     

粘结碳化硼材料中子屏蔽性能及制备工艺研究

中子准直器在中国散裂中子源(CSNS)的谱仪上起着限制束流截面与发散度的作用,准直器的结构设计中通过在中子飞行管上间隔设置B4C阻挡块可以起到阻挡、吸收屏蔽杂散中子的作用,为此研制了粘结碳化硼中子阻挡块,并对其成型工艺进行了研究,确定了成型最佳粉体尺寸、粘结剂含量和固化温度.对该中子屏蔽材料的中子衰减系数计算结果表明,波长为0.1×10-10、1×10-10和15×10-10m中子通过该材料的线性衰减系数分别为3.42、30.4和449.9 cm-1.力学冲击和热重实验结果也表明该材料符合在CSNS谱仪中子束线屏蔽使用中的性能要求.     

Pb对Bi-Sb基纳米热电材料低温性能影响

采用机械合金化法获得Bi0.85Sb0.15-xPbx（其中X=0、0．01、0．03、0．05）纳米晶粉末材料，在常温下用1GPa压制成型，然后在473K温度下烧结2h制成块材，并对其热电性能进行了研究。在80-300K温区测量了样品的Seebeck系数和电导率，并计算出材料在80-300K温区的功率因子变化情况。结果表明：掺入Pb后材料由n型变为P型，在205KBi0.85Sb0.14Pb0.01样品的Seebeck系数为101μV／K，在80-180K掺入少量Pb样品的电导率和功率因子比没掺Pb样品要高，表明掺入Pb可以明显改变Bi0.85Sb0.15纳米晶粉末材料在低温下的热电性能。     

中国散裂中子源低温系统的氢降温优化研究

为了保障中国散裂中子源(CSNS)低温系统的平稳、顺利降温,减小降温过程中的压力波动,避免放气造成冷源的损失和温度的反复,研究了低温系统近两年多轮降温实验的降温曲线和数据,逐渐优化了氢降温控制逻辑.通过制冷机控制软件的升级和控制逻辑的修改,实现了300-34K的平稳降温,使降温过程由完全不可控提升到了半可控阶段.通过3...     

4J29可伐合金材料低温热物性及弹性模量测试

为了研究4J29可伐合金的低温热物性和机械性能,为低温系统的设计、结构变形、力学稳定性、装调和光学校准等提供技术保障,分别选用"稳态纵向热流法"、"稳态法"测试了4J29可伐合金在77—300 K温区的热导率和比热容,采用弹性模量试验机测试了77—300 K温区的弹性模量系数。通过标准样品材料TC4对比及误差分析,证明热导率测量误差在9%以内,其它误差均控制在6%以内。     

中国散裂中子源氢循环系统的氢排放方案设计

为保障中国散裂中子源(CSNS)氢循环系统停机时,顺利、安全地将低温氢排放至大气中,设计一套可靠的氢排放系统非常重要。设计的氢排放系统包括氢排放管道、氢放空管、净化吹扫管道以及排放控制阀、阻火器、止回阀等装置。介绍了CSNS氢循环系统流程,CSNS氢排放方式和氢排放系统的流程,详细阐述了氢排放管道的设计和允许排放流量的计算。CSNS氢排放系统的设计考虑了CSNS装置的现场环境、风向、风速及居民区的距离,并通过计算确定了氢排放管道的长度,氢排放的最小流量和最大流量。     

Bi0.90Sb0.10热电材料高压制备及性能研究

通过机械球磨法获得Bi0.90Sb0.10纳米晶粉末材料,常温下冷压成型,再分别在不同温度(373 K,473 K,573 K)下进行高压.通过X射线衍射实验分析表明Bi0.90Sb0.10合金样品单相形成.分别测量了样品的Seebeck系数、热导率、电导率在80 K～300 K温区的变化情况,并与单晶样品进行比较,结果表明:通过高压制备的样品的电导率和热导率比单晶样品小,Seebeck系数在130 K附近出现明显的峰值.其中,在573 K下高压的样品在130 K时Seebeck系数出现最大值120.3μV/K,优值参数在140 K时为0.90×10-3K-1.     

中国散裂中子源低温系统的氢安全方案设计

针对氢具有易燃、易爆的危险特性,设计了一套氢安全系统,以保障中国散裂中子源(CSNS)低温系统安全、稳定、可靠地运行.设计的氢安全系统包括配气系统、监控系统、排放系统和真空系统4部分.介绍了CSNS低温氢循环系统的原理,并根据纵深防御设计理念,详细阐述了CSNS氢安全系统的组成及设计方法.采用的多重屏障隔离措施是氢安全设计的一大特点,对今后其它系统的氢安全设计具有一定的指导意义.     

低温温度计及温度传感器校准装置研究

针对目前低温温度计及温度传感器的校准现状,采用液氮制冷的方式研制了一套低温恒温装置,该装置的设计指标为均匀性10 mK,稳定性5 mK/20 min,可连续变温范围为78～200 K,完全可以满足83～193 K温度范围内各种结构尺寸的工业低温温度计和温度传感器的校准要求,填补了国内在此温区范围内无法实现对低精度温度计的比较法校准的空白.     

乙烷槽道低温热管冷量传输性能及启动特性试验研究

为适应空间红外探测系统中低温光学对160—200 K温区的冷量传输需求,研制了乙烷工质的槽道热管作为传热单元。采用模拟冷板和真空低温试验系统对乙烷槽道热管在160—200 K温区的传热能力进行了测试,试验结果表明:在10 W@200 K时、8 W@180 K、8 W@165 K工况下,传热温差分别为1.12 K、2.91 K和4.23 K。说明乙烷热管具有良好的传热能力,且在200 K时传热性能最佳。对乙烷热管的启动特性进行了试验研究,对试验过程中遇到的热管启动异常现象进行了分析,试验结果验证了启动异常原因分析的合理性。     

中国散裂中子源(CSNS)真空系统研制

中国散裂中子源(CSNS)将提供能量为1.6Ge V、功率为100k W的短脉冲质子束,以25Hz的重复频率撞击固体金属靶,产生散裂中子。散裂中子源是一个多学科平台,可以进行物理、化学、生物学和材料科学研究。本文描述了CSNS真空系统各个部分的结构特点、技术要求、设计方案和实验结果。通过金属化法和玻璃粘结法分别完成了四极陶瓷真空盒和二极陶瓷真空盒样机的研制。经过测试,陶瓷真空盒样机的机械尺寸、抗拉强度和真空性能达到了设计指标。另外,为了减小二次电子发射系数,在陶瓷真空盒内表面用磁控溅射法镀氮化钛,通过小样品测试了氮化钛膜的厚度、成分、二次电子发射系数和附着强度。目前,CSNS真空系统大部分设备和部件已投入批量生产,2014年10月中旬开始安装,2018年CSNS达到国家验收指标。     

低温阀热锚位置优化及漏热分析

气动低温调节阀是大型氦低温系统中最重要的执行机构,工作在极低温状态下(液氢/液氦温区:20—4 K),低温漏热量是其最重要的技术参数之一。通过在低温阀外管焊接77 K热锚,可以有效降外管的漏热量损失。通过引入热力完善度,优化热锚在外管的相对位置,结果显示:热锚安装的最佳相对位置为0.40,此时外管在4 K温区相对漏热量损失减少了82.5%。     

中国先进研究堆中子散射谱仪建设现状和展望

中子具备不带电、穿透力强、可鉴别同位素、较之X射线对轻元素灵敏、具有磁矩等优点,因此中子散射技术作为一种独特的、从原子和分子尺度上研究物质结构和动态特性的表征手段,在多学科交叉领域发挥着不可替代的作用.中国先进研究堆(CARR)上的中子散射工程将充分利用该研究堆为中子散射工程提供的高通量、具有冷中子源、切向水平孔道等有利条件,预计一期将分别建造高分辨中子粉末衍射仪、中子反射谱仪、应力测量衍射谱仪、中子三轴谱仪、中子小角散射谱仪、中子四圆衍射仪、中子高强度粉末谱仪、中子织构测量仪、冷中子照相谱仪和热中子照相谱仪等10台谱仪及装置.瞄准世界先进水平,建立起研究手段配套、覆盖中子散射研究的主要领域、强调封应用又具备必要的基础研究能力的中子散射设备,将为生命科学、材料科学、物理、化学、地矿、环境等各种学科及工程技术方面提供先进的中子散射技术.其最终目标足建屯起符合我国国情、其综合研究能力与世界先进水平接轨的中子散射国家重点实验室,使之成为我国21世纪中子散射研究和应用的中心及人才培养基地,以期为我国国防工业和国民经济建设服务.     

制冷机冷却的样品温度稳定性实验研究

在5.6—20 K温区内,G-M制冷机直接冷却样品会给样品上带来至少400 m K的温度波动。为了使样品上的温度波动峰峰值小于1 m K,设计了一套高精度低温温度测量系统。系统通过超临界氦和2 mm厚聚四氟乙烯片热阻相结合的方式来抑制制冷机冷头的温度波动。实验结果表明,在7 K、18.7 K、20 K温度下,样品的温度波动峰峰值始终小于0.8 m K。此外,系统通过关闭制冷机的方式,短时间内解决了样品上的机械振动问题。