零蒸發自供液氦的超導磁體液氦杜瓦瓶（一）

摘要：中國科學院強磁場科學中心設計研制成功了溫孔100mm中心磁場5.0特斯拉的零蒸發自供液氦的超導磁體液氦杜瓦瓶。配有一臺G-M制冷機和氦冷凝器。氦冷凝器用于冷卻超導磁體并能生產液氦。超導磁體從室溫冷卻到4.5K用時96h。不補充氦氣時，液氦杜瓦瓶液氦零蒸發；用高壓氦氣鋼瓶補氣時可以自供液氦，氨液化率為4.4升/天。杜瓦的熱絕緣性能優于國外同類型杜瓦。
關鍵詞：G-M制冷機；零蒸發；自供液氦；超導磁體；杜瓦
引言
裝在真空容器上。制冷機為住友SR DK-408D， 共有兩級冷頭，一級冷頭與冷屏相連，冷屏外包有多層絕熱材料。二級冷頭與氦冷凝器相連用以冷卻超導磁體。為監測系統內溫度變化，共裝有6只溫度計，分別放置在液氦貯槽的冷屏中部，超導磁體的內冷屏中部，制冷機二級冷頭，磁體線圈繞組，可拔高溫超導電流引線上端和下端。除二級冷頭用cerno x溫度計外，其余5只為碳電阻溫度計。液氦貯槽內安裝有超導氦液面計一只。對杜瓦真空夾層抽真空，真空達到1.5X10-4Pa，不在使用分子泵抽真空。
傳統的浸泡式超導磁體的冷卻方法是先用液氮預冷“，即：將超導磁體用液氮浸泡一段時間后，趕出液氮；低溫杜瓦內膽抽真空并用純氦氣置換多次；再輸入液氦浸泡超導磁體。此方法需要耗費較多的人力物力。零蒸發自供液氦的超導磁體杜瓦沒有采用液氮預冷，而是采用G-M制冷機和氦冷凝器直接將超導磁體從室溫冷卻至液氦溫度。超導磁體被液氦浸泡后，繼續向杜瓦內補充室溫氦氣，G-M制冷機可以將補充到杜瓦內膽中的氦氣液化，即實現了自供液氦。
杜瓦的工作原理
結構設計將普通高壓鋼瓶(6m³， 150bar) 中的氦氣經減壓閥減壓后充人杜瓦內膽，維持內膽液氦貯槽為正壓力。啟動G-M制冷機，與二級冷頭相連的氦冷零蒸發自供液氦超導磁體液氦杜瓦瓶由5T超導磁體，G-M制冷機，液氦貯槽，氦冷凝器，冷屏和多層絕熱，可拔高溫超導電流引線，吊裝拉桿以及真空容器組成(圖1) 。超導磁體由NbT i超導線繞制， 質量為60kg，工作電流為100A，*高磁場為5T，磁場均勻區長度為290毫米，均勻區的磁場不均勻度<3.5凝器逐漸將內膽中的氦氣冷卻。隨著G-M制冷機連續運行，冷凝器中的氦氣溫度逐漸降低，密度增大，冷氦氣在重力的作用下，經導冷管流入內膽液氦貯槽下方的超導磁體底部，同時超導磁體底部的熱