新型液氦机的探讨

指出超导材料虽向高温超导发展，但液氦技术仍具有重要作用，并论述液氦机的含义。近十几年来，磁性材料用作低温制冷机的蓄冷材料，改善了制冷机的性能，进一步降低制冷机的冷头温度，提高了它的制冷量，为研制液氦机提供了条件，然而，还存在冷头制冷量少等难点，需要进一步攻克。     

可用于AMS低温地面支持系统的液氦纯化技术分析

通过分析阿尔法磁谱仪(AMS)的低温地面支持系统(CGSE)中的液氦纯度要求,对传统的纯化技术如深冷分馏、吸附、膜分离等进行了分析比较,指出了各种纯化技术存在的问题以及不能满足CGSE要求之处。提出了利用过滤原理进行液氦纯化的新技术。认为金属丝网过滤器具有较好的应用前景。     

一种用于冲击压缩实验的液氦温度低温靶

介绍了研制的一种液氦温度低温靶靶体。该靶体具有独立真空夹层与气冷屏,采用连续流减压降温的液氦制冷方式,在约100 Pa真空环境下,获得了稳定的4.2 K制冷温度。它可以用于氦等气体样品的冲击压缩实验。     

液氦温区分离型脉管制冷机性能影响因素

研制了一台高效率液氦温区分离型二级脉管制冷机，采用单压缩机和单旋转阀驱动该二级脉管制冷机.在实际输入功率为6.7 kW时，第二级最低温度达到了2.5 K，在4.2 K有590 mW制冷量；同时第一级在36.7 K有15 W制冷量.制冷机在4.2和40 K 2个温度上都能提供大制冷量，可以用于替代G-M制冷机冷却超导磁体、低温泵和电子器件等.通过实验，研究并分析了不同压缩机和旋转阀时序对分离型二级脉管制冷机性能的影响.     

超流氦相分离器实验装置降温过程仿真与实验结果

超流氦(HeⅡ)多孔塞气液相分离器研究需要控制性能良好的超流氦实验装置.针对实验中的减压降温过程进行了仿真计算,仿真模型中考虑了超流膜爬行对温度的影响,针对仿真的工况,进行了实验验证,仿真结果与实验符合的很好.在HeⅡ氦池温度范围为1.5～1.9 K的条件下采用本实验装置对HeⅡ通过多孔塞样品进行了初步的实验,实验中控制了实验工况,测量了蒸发氦气流量,多孔塞两端温差和压差,在小温差、压差区域和较大温差、压差区域分别观察到超流氦的两种不同的流动特性.     

超导HWR腔垂直测试低温系统试验研究

中国科学院先导科技专项ADS(Accelerator Driven Suberitical,ADS)嬗变系统中超导HWR(half-wave resonator,HWR)腔垂直测试需低温系统维持4.2 K(液氦)的低温环境,低温系统降温过程包括氮气置换、液氮预冷、氦气置换和液氦冷却。通过实验建立了低温系统降温4个阶段不同测点温度随时间的变化规律,在此基础上,计算了液氦的消耗速率和杜瓦的静态热负荷,分析了低温系统在稳定工作状态时最佳的液氦补液时间间隔。结果表明:该低温系统满足超导HWR腔垂直测试需求,消耗液氮约175 kg、液氦约2 048 L,低温系统稳定工作时液氦体积消耗速率为32 L/h,杜瓦静态热负荷为21.36 W,液氦合理补液时间间隔为4 h,为后续超导HWR腔垂直测试提供了保障。     

金属丝网过滤技术在液氦纯化中的研究与应用

介绍了金属丝网过滤技术的结构特点及作用机制,重点阐述了压降特性及捕集能力。利用金属丝网的微孔特性,论证了采用该技术进行低温液体纯化的合理性及优越性。并以液氦纯化为例,在总结国内外技术的基础上提出了金属丝网过滤及再生方案,并比较了现有的过滤模型,指出应用于液氦纯化时需要改进随机函数并考虑沉积的不稳定性的影响。     

AMS-02超导磁体中超流氦加注过程研究

论述了AMS-02超导磁体中超流氦的加注过程,进行了各个环节压降和温降的计算分析,并用图表表示了在不同质量流量加注超流氦工况下管路系统中氦工质的速度、压力、温度和含气量的变化情况.计算结果表明,氦工质从液氦主杜瓦加注到磁体杜瓦的过程中,其压力和温度不断降低,而含气量不断增加.同时也表明在节流阀VVP9中实现了常流氦向超流氦的转变和质量流量的控制.     

液氦量子效应的路径积分蒙特卡罗模拟

为研究液氦中的量子效应,采用路径积分蒙特卡罗(PIMC)的方法对液氦体系进行模拟.在pimc++的平台上计算了体系中发生交换的原子数、对关联函数、结构因子以及超流分数等物理量.模拟的结果表明:对关联函数以及结构因子的值与实验数据符合得很好,PIMC可以对液氦中原子的微观排布进行精确的模拟.在4K的范围内,随着温度的降低,发生交换的粒子数目越来越多,体系的量子效应越来越明显.温度在临界温度2.17K左右的时候,体系出现超流,超流分数随着温度的降低而升高.路径积分蒙特卡罗可以精确地模拟液氦的结构,并且反映出全同粒子交换和超流相变等量子效应.     

中性束注入器低温冷凝泵抽气性能测试平台的研制

中性束注入器用液氦低温冷凝泵抽气性能的主要影响因素是低温冷凝抽气面温度,单位时间进气量和被冷凝的气体总量.本文采用流量计法抽速测试装置;同时依据液氦温度与其饱和蒸汽压之间的变化规律,系统中采用了氦气出气压力控制单元,通过调节液氦杜瓦内压力改变液氦的温度从而实现控制液氦低温冷凝面温度;且采用压电晶体阀对单位时间进气量以及被冷凝气体总量进行精确控制;使用ZJ-12型B-A规测量测试装置内真空度.设计了仿真中性束注入器用的低温冷凝泵的测试泵,对其进行ANSYS热力学分析,从而计算出该泵的低温冷凝面积.加工组装了测试平台,并在中性束注入器的工作条件下进行实验,得到测试泵的对氢抽速为940 L/s,表明该系统能够满足测试要求,为中性束注入器低温冷凝泵设计提供实验和理论依据.