!# 低温冷凝泵液氦杜瓦的热力分析与工程设计 谢远来,胡纯栋,欧阳

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1、第$!卷第!期真空与低温!##,年,月Q8>;;BXY?:74-!"#低温冷凝泵液氦杜瓦的热力分析与工程设计谢远来，胡纯栋，欧阳峥嵘（中科院等离子体物理研究所，安徽合肥!"##"$）摘要：降低中性束注入器低温冷凝泵的%&’消耗率，是进行低温冷凝泵设计时应考虑的核心问题之一。通过对()*低温冷凝泵的%&’杜瓦进行热力分析，确定了影响杜瓦内%&’蒸发率的关键参数。探讨了降低%&’蒸发率的措施，依此确定了在工程设计中为达到减小%&’蒸发率、提高泵运行经济性可采用的结构形式。关键词：热力分析；工程设计

2、；液氦杜瓦；低温冷凝泵；中性束注入器中图分类号：+),--文献标识码：.文章编号：$##,/0#1,2!##,3#!/##4-/#-$%&’()*)!)*+,#,)!-&!.#!&&’#!.-&,#.!/0’*#12#-%&*#2(-&3)’0/!"#4’+040!-&!,)$#0!52(56#&+789:;8<，%24=79:>?9@，02+)!.A=B9@:C?9@D#9EFBHI?G,J

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5、有效的加热手段之一。中科院等离子体物理研究所于!##!年4月正式通过立项，开始了束参数为,#.、-#9’Q、"##B7的()*的研制工作。为了提高高能离子的中性化效率、降低中性粒子的再电离损失，()*要求所使用的真空获得设备结构紧凑R对氢抽速可达到几十乃至上百万升S秒，并能提供洁净真空环境。常规的真空获得设备很难满足这样的要求，液氦（%&’）低温冷凝泵以其负荷适应性好、抽速大、能提供洁净真空以及低温冷凝面可做成任意形状布置于被抽空间内等优点而成为最佳选择。如何降低%&’低温冷凝泵的%&’消耗率，是进行低温

6、冷凝泵设计时应考虑的核心问题之一。由于在()*上使用的液氦低温冷凝泵抽速大、液氦的消耗量一般在每小时数升，使得在每天充注%&’的情况下冷凝泵%&’杜瓦的容积必须具有百升的量级。降低输液过程中%&’的损耗，充分利用%&’汽化过程产生的冷氦气的冷量及降低来自高温部件的热辐射，是降低冷凝泵%&’消耗率的有效途径。收稿日期：!##-/#4/$4E基金项目：中国科学院十五装备项目（中科院KTUVG#W）资助。作者简介：谢远来（$40W/），男，安徽省潜山县人，博士生，从事低温真空技术研究。B>真空与低温第!"卷第"

7、期针对作者单位#$%束线上主真空室所使用的&’()!(*+,-.对氢/贮槽式&’"0+12低温冷凝泵，分析+12杜瓦热负荷来源，从工程设计的角度探讨有效降低冷凝泵+12消耗率、提高泵工作性能的+12杜瓦结构。!用于"#$的%&’低温冷凝泵的总体结构#$%上所用的贮槽式液氦低温冷凝泵与一般场合所使用的低温冷凝泵有一个比较大的差别。一般情况下，低温冷凝泵以其+12杜瓦的底部表面作为低温抽气面，对要求抽速在数千升,秒的应用场合，从工程设计上来说可以做到，也比较合理。但用于#$%的低温冷凝泵，要求的抽速一般不低于

8、几十万升3秒，单纯依靠+12杜瓦的底部表面作为低温抽气面，显然不是一个可行的方案。根据低温冷凝抽气的基本理论，抽速与抽气面积成正比。为了获得大抽速，必须有大的抽气面积。为了获得满足抽速要求的冷凝面面积，须在确保合理+12、+#"杜瓦容积的情况下，对泵的低温冷凝面进行扩展。有关杜瓦容积、冷凝面面积的确定方法可参阅文献4!5。作者单位设计的用于#$%的贮槽式液氦低温冷凝泵的结构示意图如图!所示。它以扩展出的"个插板式冷凝面作为低温