CN102436898B - 一种低温超导磁体的冷却方法及其系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低温超导磁体的冷却方法及其系统，技术特征在于：在低温超导磁体液氦冷却之前，采用液氮对超导磁体线圈预冷，并利用氦气压力方法将液氮完全排出，最后在利用液氦将已冷却至液氮温度的超导线圈冷却至液氦温度，从而解决了现有低温超导磁体在冷却过程中有效地减少价格昂贵，资源稀缺的液氦消耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种低温超导磁体的冷却方法及其系统，属于超导磁体技术领域。
背景技术
随着超导低温技术的发展以及新型超导体材料的发现，超导磁体在应用上得到极大地提高。目前，超导磁体已成为科学研究的重要工具，它在高能物理、受控热核反应、等离子体物理、生物物理、低温物理、磁学、物质结构分析、医学、交通、工业等很多科学探索研究中得到越来越广泛的应用。我国对超导磁体的需求日益增长。但超导磁体的运行需要大量价格昂贵的液氦，一台超导磁体在冷却过程中需数百升液氦，运行费用一般比较高，同时我国氦气资源严重缺乏，现在液氦及氦气的供应主要依赖国外进口，在2007年底至2008年初，我国一度出现无液氦可用的情况。采取一种合理有效的超导磁体冷却方法，有效地减少超导磁体在冷却过程中的液氦消耗是急需解决的问题。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种低温超导磁体的冷却方法及其系统，解决了现有低温超导磁体在冷却过程中有效地减少价格昂贵，资源稀缺的液氦消耗。
技术方案
一种低温超导磁体的冷却方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：将超导磁体线圈置于一个三重空腔的中心空腔中，将外围的空腔抽真空至10-3Pa；
步骤2：将中心空腔和中间空腔充满液氮，使得中心空腔和中间空腔的温度由室温冷却到液氮温度77K；
步骤3：将中心空腔进行密封后充入液氦，同时排出全部液氮，使得温度由77K降为4.2K，完成低温超导磁体冷却；
在步骤2和步骤3的过程中，所述中间空腔保持充满液氮。
一种实现所述方法的系统，其特征在于包括充液氮阀1、充液氦阀2、液氮液面计3、液氮阀4、中心孔5、排氦气阀6、真空阀7、真空腔8、液氮管9、充液氦管11、排氦气管12、液氮存储腔13和液氦存储腔14；在一个密闭空间内的中心部位设有液氦存储腔14，液氦存储腔14之外设有液氮存储腔13，最外围设有真空腔8；密闭空间的上端设有端盖，端盖中心设有中心孔5，液氮管9和液氮液面计3下端连接的高温超导线10中心孔5插入腔体，液氮管9上设有液氮阀4；位于液氦存储腔14的端盖部位设有充液氦阀2和插入液氦存储腔14内的充液氦管11，以及排氦气阀6和插入液氦存储腔14内的排氦气管12；位于液氮存储腔13的端盖部位设有充液氮阀1，位于真空腔8的端盖部位设有真空阀7。
所述的液氦存储腔14的中部为向液氮存储腔13延伸的环形凹槽。
所述的高温超导线10采用？。
有益效果
本发明提出的一种低温超导磁体的冷却方法及其系统，在低温超导磁体液氦冷却之前，采用液氮对超导磁体线圈预冷，并利用氦气压力方法将液氮完全排出，最后在利用液氦将已冷却至液氮温度的超导线圈冷却至液氦温度，从而解决了现有低温超导磁体在冷却过程中有效地减少价格昂贵，资源稀缺的液氦消耗。
附图说明
图1：低温超导磁体结构图；
图中：1-充液氮阀，2-充液氦阀，3-液氮液面计，4-排液氮阀，5-中心孔，6-排氦气阀，7-真空阀，8-真空腔，9-排液氮管，10-高温超导线，11-充液氦管，12-排氦气管，13-液氮存储腔，14-液氦存储腔，15-低温超导磁体线圈。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
本实施例包括充液氮阀1、充液氦阀2、液氮液面计3、液氮阀4、中心孔5、排氦气阀6、真空阀7、真空腔8、液氮管9、充液氦管11、排氦气管12、液氮存储腔13和液氦存储腔14；在一个密闭空间内的中心部位为液氦存储腔14，液氦存储腔14之外为液氮存储腔13，最外围为真空腔8，液氦存储腔14的中部为向液氮存储腔13延伸的环形凹槽。
密闭空间的上端设有端盖，端盖中心设有中心孔5，位于液氦存储腔14的端盖部位设有充液氦阀2和插入液氦存储腔14内的充液氦管11，以及排氦气阀6和插入液氦存储腔14内的排氦气管12；位于液氮存储腔13的端盖部位设有充液氮阀1，位于真空腔8的端盖部位设有真空阀7。所述的高温超导线10采用？。
冷却实现步骤：
1、通过真空阀7，利用真空分子泵对真空腔8抽真空至10-3Pa；
2、通过充液氮阀1和液氮阀4将液氮存储腔13和液氦存储腔14充满液氮，使得中心空腔和中间空腔的温度由室温冷却到液氮温度77K；
3、关闭充液氦阀2，将液氮液面计3下端连接的高温超导线10通过中心孔5插入液氦存储腔14中，对中心孔5进行密封；在液氮液面计3接纳伏计，监测液氦存储腔14中液氮液面位置；
4、通过充液氦阀2和充液氦管11使氦气冲入液氦存储腔14中，使液氦存储腔内压力不断增加；在压力的作用下，液氦存储腔14内的液氮通过液氮管9和液氮阀4全部排出，；液氮液面由液氮液面计3进行监测；
5、待液氦存储腔14中液氮完全排尽后，使得温度由77K降为4.2K，取出液氮液面计3和排液氮阀4整体部件，并密封好中心孔5；，完成低温超导磁体冷却。
在整个冷却过程中，液氮存储腔13始终灌满液氮，用以减小液氦存储腔14与外部室温的温度梯度。
采用高温超导线10使其在液氮中时超导没有电阻的特性测量液氮的液面。
一台15T低温超导磁体如直接采用液氦冷却，需用500-600升液氦，采用本方法对低温超导磁体进行冷却，在低温超导磁体液氦冷却之前，采用液氮对超导磁体线圈预冷，并利用氦气压力方法将液氮完全排出，最后在利用液氦将已冷却至液氮温度的超导线圈冷却至液氦温度，需用液氮500升，液氦200-300升，虽使用了500升价格低廉的液氮，但液氦消耗量减少一半，从而解决了现有低温超导磁体在冷却过程中有效地减少价格昂贵，资源稀缺的液氦消耗。
Claims (1)
1.一种实现低温超导磁体的冷却方法的系统，其特征在于包括充液氮阀（1）、充液氦阀（2）、液氮液面计（3）、液氮阀（4）、中心孔（5）、排氦气阀（6）、真空阀（7）、真空腔（8）、液氮管（9）、充液氦管（11）、排氦气管（12）、液氮存储腔（13）和液氦存储腔（14）；在一个密闭空间内的中心部位设有液氦存储腔（14），液氦存储腔（14）之外设有液氮存储腔（13），最外围设有真空腔（8）；密闭空间的上端设有端盖，端盖中心设有中心孔（5），液氮管（9）和液氮液面计（3）下端连接的高温超导线（10）通过中心孔（5）插入液氦存储腔，液氮管（9）上设有液氮阀（4）；位于液氦存储腔（14）的端盖部位设有充液氦阀（2）和插入液氦存储腔（14）内的充液氦管（11），以及排氦气阀（6）和插入液氦存储腔（14）内的排氦气管（12）；位于液氮存储腔（13）的端盖部位设有充液氮阀（1），位于真空腔（8）的端盖部位设有真空阀（7）；所述的液氦存储腔（14）的中部为向液氮存储腔（13）延伸的环形凹槽；冷却方法步骤如下：
步骤1：将超导磁体线圈置于一个三重空腔的中心空腔中，将外围的空腔抽真空至10-3Pa；
步骤2：将中心空腔和中间空腔充满液氮，使得中心空腔和中间空腔的温度由室温冷却到液氮温度77K；
步骤3：将中心空腔进行密封后充入液氦，同时排出全部液氮，使得温度由77K降为4.2K，完成低温超导磁体冷却；
在步骤2和步骤3的过程中，所述中间空腔保持充满液氮。
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