脉管制冷机冷却小型超导磁体系统的方法研究

摘要

本文对磁体系统采用再冷凝方式冷却超导磁体，降温时利用脉管制冷机在4.2K具有0.6W的制冷量液化氦气，稳定运行时蒸发的氦气通过杜瓦法兰上的翅片换热液化，以达到系统液氦的零挥发。为了加快系统冷却速率，对直接冷却、热开关预冷和液氮预冷三种降温方式进行了系统研究，对这些方式进行理论计算和比较，给出了最优方案。具体研究工作如下： 1)对脉管制冷机冷却超导磁体系统进行了介绍。本系统采用液氦浸泡冷却超导磁体，并利用制冷机冷量再冷凝蒸发氦气达到液氦的零损耗。 2)详细计算了系统中各部分漏热。计算了制冷机直接冷却超导磁体系统的降温时间。 3)对热开关的换热性能进行了分析和计算。建立了气隙式热开关的数学模型，计算得到了热开关的长度、翅片长度、翅片厚度和气隙宽度与热导率的关系曲线。分析对比了两种不同结构形式热开关的性能优劣，最后对两种热开关的冷却速率做了计算对比。 4)计算了液氮预冷超导磁体系统的降温时间。利用液氮的汽化潜热可以迅速将系统冷却到77K，然后利用制冷机冷量将磁体系统冷却到4.2K。 5)对直接冷却、采用热开关冷却和液氮预冷几种方式进行了分析和比较，采用液氮预冷方式。

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第1章绪论

第2章脉管制冷机冷却超导磁体系统实验装置

第3章脉管制冷机直接冷却超导磁体的冷却速率计算

第4章气隙式热开关冷却超导磁体的冷却速率计算

第5章液氮预冷超导磁体的冷却速率计算

第6章加快冷却速率方案比较和分析

全文总结

参考文献

附录

致谢