為了給高溫超導(dǎo)磁體提供一個(gè)20—40 K的工作溫度,并提升低溫系統(tǒng)的便攜性,設(shè)計(jì)制造了一種制冷機(jī)可插拔式固氮低溫容器。理論分析了系統(tǒng)整體漏熱以及固氮在20—40 K的保溫時(shí)間,對(duì)其降溫及保溫性能進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果表明,制冷機(jī)拔離可有效提升固氮低溫容器在20—40 K的保溫時(shí)間。 

【文章來(lái)源】：低溫工程. 2020,(05)北大核心CSCD

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【部分圖文】：

制冷機(jī)可插拔式固氮低溫容器結(jié)構(gòu)圖

如圖2所示,在設(shè)計(jì)制造完成后,需要對(duì)固氮低溫系統(tǒng)進(jìn)行降溫和保溫性能測(cè)試,觀察固氮低溫容器的性能是否滿足設(shè)計(jì)要求。在實(shí)驗(yàn)前,首先采用真空機(jī)組對(duì)低溫容器夾層進(jìn)行抽空,減小因真空夾層殘余氣體分子對(duì)流漏熱產(chǎn)生的影響。待夾層真空度達(dá)到10-4—10-5Pa之后,開(kāi)啟制冷機(jī),同時(shí)對(duì)固氮腔和液氮盒緩慢加注液氮,避免劇烈的溫度變化對(duì)低溫容器的密封部件造成損壞。液氮加注完畢后,關(guān)閉固氮腔體的進(jìn)液閥。為了研究固氮低溫容器的降溫、保溫特性,在低溫容器的7個(gè)典型位置處安裝了Cernox溫度傳感器,具體位置如圖3中TC1-TC7所示,并通過(guò)測(cè)溫儀表實(shí)時(shí)采集溫度。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,由于銅引線以及其他管道、引線皆由液氮盒中的液氮冷卻,所以會(huì)不斷消耗液氮盒中的液氮。為了保證液氮盒中的液氮不被耗盡,需要實(shí)時(shí)向液氮盒中加注液氮,以免對(duì)固氮降溫造成影響。圖3 Cernox溫度傳感器的安裝位置示意圖

圖2 固氮低溫系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程圖4為低溫系統(tǒng)從室溫降至20 K的過(guò)程。當(dāng)固氮降至20 K的時(shí)候,液氮輻射屏的溫度維持在186 K,一級(jí)冷屏的溫度維持在58 K,一級(jí)冷頭和二級(jí)冷頭的溫度分別為40 K和8 K,而固氮腔低位和高位的固氮溫度則分別為20 K和22 K。從插圖中可以看出,固氮從77 K降至20 K大約經(jīng)歷了92小時(shí)。在降溫過(guò)程中,為了研究液氮盒對(duì)降溫性能的影響,在固氮降至20 K的時(shí)候的,停止向液氮盒加注液氮。由于液氮盒中液氮漸漸耗盡,液氮輻射屏從92小時(shí)之后,溫度開(kāi)始上升,導(dǎo)致固氮腔高位溫度最高上升至38 K,低位溫度最高升至26 K。而造成這種溫度差異的主要原因可能是因?yàn)楦呶惶幙拷娏饕�,由于液氮盒中沒(méi)有液氮,所以使得電流引線的漏熱變得更大,從而影響了高位處的固氮溫度;同時(shí)由于高位處的固氮稀少,液氮冷屏的溫度變化對(duì)于其溫度影響比較明顯。當(dāng)固氮腔高位溫度上升至38 K之后,重新向液氮盒加注液氮,大約20小時(shí)之后,液氮輻射屏和固氮的溫度都下降至最初溫度。由實(shí)驗(yàn)可知,液氮盒對(duì)于固氮的降溫和保溫都具有至關(guān)重要的作用。因此,在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,要實(shí)時(shí)向液氮盒中加注液氮,保證液氮不能被耗盡,從而影響低溫容器性能。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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