零蒸发自供液氦的超导磁体液氦杜瓦瓶（一）

摘要：中国科学院强磁场科学中心设计研制成功了温孔100mm中心磁场5.0特斯拉的零蒸发自供液氦的超导磁体液氦杜瓦瓶。配有一台G-M制冷机和氦冷凝器。氦冷凝器用于冷却超导磁体并能生产液氦。超导磁体从室温冷却到4.5K用时96h。不补充氦气时，液氦杜瓦瓶液氦零蒸发；用高压氦气钢瓶补气时可以自供液氦，氨液化率为4.4升/天。杜瓦的热绝缘性能优于国外同类型杜瓦。
关键词：G-M制冷机；零蒸发；自供液氦；超导磁体；杜瓦
引言
装在真空容器上。制冷机为住友SR DK-408D， 共有两级冷头，一级冷头与冷屏相连，冷屏外包有多层绝热材料。二级冷头与氦冷凝器相连用以冷却超导磁体。为监测系统内温度变化，共装有6只温度计，分别放置在液氦贮槽的冷屏中部，超导磁体的内冷屏中部，制冷机二级冷头，磁体线圈绕组，可拔高温超导电流引线上端和下端。除二级冷头用cerno x温度计外，其余5只为碳电阻温度计。液氦贮槽内安装有超导氦液面计一只。对杜瓦真空夹层抽真空，真空达到1.5X10-4Pa，不在使用分子泵抽真空。
传统的浸泡式超导磁体的冷却方法是先用液氮预冷“，即：将超导磁体用液氮浸泡一段时间后，赶出液氮；低温杜瓦内胆抽真空并用纯氦气置换多次；再输入液氦浸泡超导磁体。此方法需要耗费较多的人力物力。零蒸发自供液氦的超导磁体杜瓦没有采用液氮预冷，而是采用G-M制冷机和氦冷凝器直接将超导磁体从室温冷却至液氦温度。超导磁体被液氦浸泡后，继续向杜瓦内补充室温氦气，G-M制冷机可以将补充到杜瓦内胆中的氦气液化，即实现了自供液氦。
杜瓦的工作原理
结构设计将普通高压钢瓶(6m³， 150bar) 中的氦气经减压阀减压后充人杜瓦内胆，维持内胆液氦贮槽为正压力。启动G-M制冷机，与二级冷头相连的氦冷零蒸发自供液氦超导磁体液氦杜瓦瓶由5T超导磁体，G-M制冷机，液氦贮槽，氦冷凝器，冷屏和多层绝热，可拔高温超导电流引线，吊装拉杆以及真空容器组成(图1) 。超导磁体由NbT i超导线绕制， 质量为60kg，工作电流为100A，最高磁场为5T，磁场均匀区长度为290毫米，均匀区的磁场不均匀度<3.5凝器逐渐将内胆中的氦气冷却。随着G-M制冷机连续运行，冷凝器中的氦气温度逐渐降低，密度增大，冷氦气在重力的作用下，经导冷管流入内胆液氦贮槽下方的超导磁体底部，同时超导磁体底部的热