液氮传导冷却型高温超导电流引线研制

80 A和200 A液氮传导冷却型高温超导(HTS)电流引线由铜引线段、中间过渡段和高温超导段组成,HTS热端采用液氮传导冷却,HTS冷端采用液氦传导冷却。铜引线段工作在室温到中间温度(~80 K),高温超导段工作温区6—80 K。介绍该传导冷却型电流引线的结构设计和低温性能测试。实验结果表明,中间过渡段温度~78 K,高温超导热端温度77 K;80 A、200 A电流引线液氦下稳态测试电流分别为100 A和250 A。     

ITER 10kA高温超导电流引线测试装置低温系统的研究

为ITER CC 10 kA高温超导电流引线服务的低温性能测试装置已研制完成,并成功运行。其低温系统主要由500W/4.5 K氦制冷机,真空杜瓦,低温组件(低温阀门,过冷槽,管道加热器,热防护层),汽化器及低温传输管线等部分组成。本文对真空杜瓦和过冷槽进行设计,并讨论该低温系统的冷却流程方案,最后通过电流引线10 kA稳态实验结果对低温系统的运行效果进行分析,结果表明该低温系统运行稳定,能满足ITER CC电流引线的测试需要。     

采用辐射变色薄膜的束流位置诊断研究

依据SC200超导质子回旋加速器的束流特性及调试需求,在质子束加速及引出的过程中需精确测量主机束流的位置信息。提出了采用辐射薄膜进行加速器束流位置诊断的方法,通过剂量计算得到了不同测量位置的薄膜最佳使用类型,借助测试平台对所有选型的薄膜进行实验验证。为优化薄膜的辐照变色效果,结合剂量及实验分析给出了不同测量位置的最佳照射时间。完成了所测位置的薄膜固定装置设计,并提出将薄膜变色区域可视化得束流位置信息的处理方案。     

ITER真空绝热冷质支撑性能测试平台设计与研究

真空绝热冷质支撑（cold mass support，CMS）是国际热核聚变反应堆（International Thermonuclear Fusion Reactor，ITER）中的关键支撑部件之一。为了检测已制造完成的冷质支撑的性能是否达到合格验收标准，在交付前需对它进行摩擦性能测试和机械强度测试。通过分析复杂工况下冷质支撑的受载特点，结合摩擦测试标准ASTM D1894-14和摩擦力的工程计算结果，设计了冷质支撑摩擦性能测试平台。基于冷质支撑的受载工况，先初步设计了冷质支撑机械强度测试平台，并通过弯矩梁的受力分析确定了10号工字钢为弯矩梁的最佳材料，再利用液压伺服装置对冷质支撑施加工况载荷，完成了冷质支撑机械强度测试平台相关设备和工装的结构设计。考虑到单独实施摩擦性能测试和机械强度测试的各项成本，结合2项测试的特点，设计了冷质支撑性能一体化测试平台。结果表明冷质支撑性能一体化测试平台能够有效缩短测试周期和降低检测成本，可为冷质支撑的工程质量认证及后续批量生产提供保障。     

SC200超导回旋加速器磁场垫补方法研究

考虑磁铁材料的非线性、不均匀性以及有限元数值计算的精度有限,在设计主磁铁时都留有一定裕量,在完成磁铁加工组装后,根据磁场的实际测量结果对磁铁进行垫补获得理想的目标磁场分布,这样可以保证工程稳妥实施。因此磁铁垫补是加速器主磁铁设计制造的一个重要环节。本文基于SC200主磁铁模型,利用有限元分析软件TOSCA,首先研究了不同的磁极切削参数对中平面主磁场的响应影响;其次考虑到相邻切槽对中平面磁场影响的叠加效应,从理论上推导出一种求解垫补量的方法;最后通过模拟的方法验证了磁场垫补的可行性,为将来实际磁场垫补提供了有效的依据。     

基于单纯形法的回旋加速器平衡轨道求解

通过引入描述轨道闭合程度的目标函数，本文将求解回旋加速器平衡轨道的物理问题转换为求目标函数极小值的数学问题，利用单纯形法找到目标函数的最优解，从而实现了平衡轨道求解。该方法可在给定初始动能、初始方位角、初始半径、初始径向动量中任意两个量的条件下求解相应的平衡轨道。     

ITER高温超导电流引线测试杜瓦设计与分析

为了满足国际热核聚变反应堆计划(ITER)高温超导电流引线测试需要的低温及真空工作环境,根据杜瓦设计的各项技术指标要求,设计了ITER高温超导电流引线的测试杜瓦结构。通过对外筒体进行了结构强度校核分析,确定了外筒体的结构设计方案。对冷屏及其冷却管进行了设计、选型及压差计算,确定了冷屏设计方案。通过对冷屏绝热支撑结构设计及热负荷计算,确定了冷屏的各项热负荷情况。各项计算结果均满足要求,同时并对该ITER高温超导电流引线测试杜瓦成功进行了制造和测试。     

中子慢化器低温及真空性能测试系统设计北大核心CSCD

中子慢化器低温及真空性能测试系统,用于验证中国散裂中子源氢慢化器的低温性能和真空密封性。此套系统由供液系统、气体加热系统、流量控制系统、温度与压力监测系统组成,采用液氮替代液氢作为测试介质,通过加热器对液氮直接加热的方式获得低温氮气。每根输液管道都是独立的真空单元,配有真空抽口,采用双层不锈钢管道,管道之间做绝热处理。通过控制加热器与内管的装配精度来保证气体换热效率。使用Lakeshore Model 336温控仪和TELEDYNE HASTINGS流量控制器进行气体温度和流量调节。该系统气体输出温度精度达到±5 K,气体输出流量约500 L/min±10%。此套系统不仅为大型低温系统提供安全可靠的低温测试工作介质,同时节约了实验成本,将来在航空航天领域能得以应用推广。     

ITER 10 kA高温超导电流引线试验件设计与测试

本文介绍了10 kA电流引线试验件的设计优化,主要描述了针对ITER所用与要求而设计的10 kA电流引线的设计结构与加工,电子束焊接首次应用于电流引线的焊接工艺。说明了此电流引线试验件的测试性能;对目前的工艺与测试结果提出并讨论了可能的改进方案。     

ITER 68kA高温超导特大电流引线的冷端漏热

ITER高温超导电流引线载流能力最大要达到68 kA,其试验件于2008年底加工完成并进行了低温试验,在载流能力、接头电阻、漏热和安全性等关键参数上取得了重要进展.讨论了ITER高温超导电流引线超导段冷端(5 K)漏热的理论值计算,并用热导率积分法进行了低温漏热测试,结果表明理论值与试验值基本吻合,试验件冷端漏热满足ITER国际组要求.