大型超流氦低溫冷卻系統(tǒng)的研究進(jìn)展

何超峰，郁歡強(qiáng)，孫興中，陳耀鋒，武義鋒，周家屹，張華標(biāo)

（1.中國電子科技集團(tuán)公司第十六研究所，合肥230043；2.安徽萬瑞冷電科技有限公司，合肥230088）

大型超流氦低溫冷卻系統(tǒng)的研究進(jìn)展

何超峰1，2，郁歡強(qiáng)2，孫興中2，陳耀鋒2，武義鋒1，2，周家屹1，2，張華標(biāo)1，2

（1.中國電子科技集團(tuán)公司第十六研究所，合肥230043；2.安徽萬瑞冷電科技有限公司，合肥230088）

低溫超導(dǎo)技術(shù)在基礎(chǔ)科學(xué)研究中的廣泛應(yīng)用，極大的帶動(dòng)了低溫工程的技術(shù)發(fā)展。通過介紹超流氦在大型低溫系統(tǒng)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，國內(nèi)外幾個(gè)典型超流氦低溫冷卻系統(tǒng)的流程、性能指標(biāo)以及運(yùn)行情況。分析了大型超流氦低溫冷卻系統(tǒng)的主要設(shè)備構(gòu)成、熱力循環(huán)方案以及關(guān)鍵設(shè)備、關(guān)鍵技術(shù)突破方向。

超流氦；低溫系統(tǒng)；超導(dǎo)

0　引言

1911年，荷蘭萊頓大學(xué)的Onnes意外的發(fā)現(xiàn)，將汞冷卻到-268.98℃時(shí)，汞的電阻突然消失；后來又發(fā)現(xiàn)許多金屬和合金都具有與汞相類似的低溫下失去電阻的特性，由于其特殊導(dǎo)電性能，Onnes稱之為超導(dǎo)態(tài)。導(dǎo)體沒有了電阻，電流經(jīng)超導(dǎo)體時(shí)就不發(fā)生熱損耗，電流可以毫無阻力的在導(dǎo)線中形成強(qiáng)大的電流，因此可以形成強(qiáng)大的磁場(chǎng)，這是超導(dǎo)體最典型的特性之一。近年來，超導(dǎo)技術(shù)在科研和工業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛，如在核聚變實(shí)驗(yàn)裝置、高能粒子加速器、超導(dǎo)磁體儲(chǔ)能系統(tǒng)、磁流體（MHD）、強(qiáng)磁場(chǎng)研究、化學(xué)分析（Nuclear MagneticResonance Spectroscopy）、醫(yī)學(xué)（MRI）、運(yùn)輸系統(tǒng)（磁懸浮列車）、超導(dǎo)電力傳輸、超導(dǎo)電機(jī)[1]方面的應(yīng)用等，已發(fā)展成為有一定規(guī)模且極具前景的一門實(shí)用技術(shù)。在研究物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的大型對(duì)撞機(jī)中，需要把質(zhì)子或電子加速到一定速度后進(jìn)行碰撞，強(qiáng)磁場(chǎng)就可以大幅提升質(zhì)子、電子的速度，達(dá)到理想的碰撞效果；在受控?zé)岷司圩兊耐锌R克裝置中，強(qiáng)磁場(chǎng)則是約束高溫等離子體的必要條件。

目前常用的超導(dǎo)材料有NbTi、Nb3Sn等，NbTi的超導(dǎo)臨界溫度為9.6 K，Nb3Sn的超導(dǎo)臨界溫度為18 K，因此需要低溫系統(tǒng)生產(chǎn)液氦（超流氦）為超導(dǎo)材料提供冷量。特別是超導(dǎo)磁體在核聚變裝置、高能加速器等大型工程方面的應(yīng)用，氦低溫冷卻系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率將直接影響超導(dǎo)體以及整個(gè)裝置的正常運(yùn)行，已成為裝置功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。推動(dòng)了低溫與超導(dǎo)技術(shù)得到了快速發(fā)展，相繼建立了一批大型低溫系統(tǒng)。大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）、熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）、先進(jìn)實(shí)驗(yàn)超導(dǎo)托卡馬克（EAST）、正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)重大改造項(xiàng)目（BEPC.II）所配套的大型氦低溫系統(tǒng)等，代表了當(dāng)今低溫技術(shù)的最高水平。

1　超流氦在低溫系統(tǒng)中的應(yīng)用

氦冷卻技術(shù)按照氦工質(zhì)狀態(tài)可以分為正常態(tài)氦（HeI）冷卻和超流態(tài)氦（HeII）冷卻[2]。早期利用HeI冷卻超導(dǎo)設(shè)備的物理性能已經(jīng)能夠滿足當(dāng)時(shí)科學(xué)研究的需要。目前世界上很大一部分超導(dǎo)磁體和超導(dǎo)腔系統(tǒng)都還是采用HeI冷卻，歐洲粒子物理中心的電子對(duì)撞機(jī)LEP，每臺(tái)氦冷卻機(jī)提供10 kW/ 4.5 K的冷量和13 g/s LHe及6.7 kW的50～70 K冷屏用冷氦氣，每臺(tái)冷卻機(jī)的等效冷量為12 kW/ 4.5 K［3］。日本的國家高能物理研究所1994年動(dòng)工建造的正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)KEKB有4個(gè)單殼509 MHz超導(dǎo)腔的冷卻，采用4.4 K飽和液氦冷卻，該冷卻系統(tǒng)能產(chǎn)生冷卻超導(dǎo)磁體的25 g/s的過冷液氦［4］。

隨著高能物理等領(lǐng)域的深入研究對(duì)其物理環(huán)境提出了更高的要求，需要更高的磁場(chǎng)和能量等，利用HeI冷卻已不能滿足高實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件的要求，超流氦冷卻方式也就應(yīng)用而生，目前利用HeII冷卻的超導(dǎo)磁體磁場(chǎng)強(qiáng)度最大可達(dá)到30 T，射頻腔加速梯度可達(dá)25 MV/m。

超流氦是一種理想的低溫冷劑，其物理特性表現(xiàn)為：HeII導(dǎo)熱過程的溫度梯度幾乎無窮小，其熱導(dǎo)率是金屬銅的1 000倍；HeII能在非常窄小的通道中流動(dòng)而不存在可以檢測(cè)的流阻，其動(dòng)力黏度僅有10－6Pa·s；過冷態(tài)超流氦（HeIIP）的臨界熱流密度約為飽和超流氦（HeIIS）的2倍，約為常規(guī)液氦（HeI）的20倍［5］。

超流氦冷卻可分為飽和態(tài)超流氦和過冷態(tài)超流氦（也稱為加壓超流氦）冷卻方式。兩種冷卻方式的優(yōu)缺點(diǎn)如表1所列。

超流氦冷卻超導(dǎo)磁體，尤其是冷卻高場(chǎng)強(qiáng)超導(dǎo)磁體的優(yōu)點(diǎn)有：增加超導(dǎo)磁體的溫度余量和線圈臨界電流密度，能夠提高超導(dǎo)磁體抗熱擾動(dòng)能力和磁體的穩(wěn)定性裕度；其高導(dǎo)熱率，低流阻特性可以充分填充于磁體內(nèi)部，使磁體內(nèi)部冷卻溫度均勻，且增加超導(dǎo)磁體的冷卻面積；對(duì)于超導(dǎo)磁體來說，采用過冷態(tài)超流氦（HeIIP）迫流冷卻，沒有空氣泄漏風(fēng)險(xiǎn)。

表1　超流氦冷卻方式特點(diǎn)

降低超導(dǎo)磁體運(yùn)行溫度，也可相應(yīng)減少運(yùn)行成本和能量消耗。高場(chǎng)強(qiáng)超導(dǎo)磁體，如加速器，其主要由超導(dǎo)腔和超導(dǎo)磁體組成。超導(dǎo)材料，如NbTi合金的臨界電流密度大小，決定了在相同磁場(chǎng)強(qiáng)度下超導(dǎo)腔和超導(dǎo)磁體的數(shù)量。基于此運(yùn)行于1.9 K左右的加速器裝置能夠?qū)⒊瑢?dǎo)體的數(shù)量要求到最小化，從而降低了裝置建設(shè)和運(yùn)行成本。圖1為特定能量下強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的成本優(yōu)化曲線，對(duì)于工作在相同磁場(chǎng)強(qiáng)度下，磁體工作于1.9 K的投資運(yùn)行費(fèi)用低于4.5 K的運(yùn)行環(huán)境［6］。

圖1　特定能量下強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的成本優(yōu)化曲線圖

2　國內(nèi)外大型超流氦低溫冷卻系統(tǒng)應(yīng)用

1977年，在歐洲原子能共同體的“溶解計(jì)劃”中，首次提出將1.8 K HeII作為一種冷卻劑應(yīng)用于NbTi超導(dǎo)設(shè)備的基本框架。這種思路可以實(shí)現(xiàn)大氣壓力下非強(qiáng)制流的高效冷卻，同時(shí)還將導(dǎo)體工作磁場(chǎng)提高到9 T。經(jīng)過歐洲專家的討論，1981年，Tore Supra（TS）項(xiàng)目作為優(yōu)先支持項(xiàng)目被提上日程。TS是第一個(gè)應(yīng)用1.8 K低溫系統(tǒng)的物理設(shè)備，也證明了這種理論的技術(shù)可行性。該項(xiàng)目完工于1987年，第一次低溫試車圓滿完成[7]。剛建成時(shí)，是世界同類系統(tǒng)中最大的一個(gè)，并采用了很多突破性的技術(shù)。主要特點(diǎn)[8]包括：低溫下對(duì)氦的壓縮、操作模式的多樣化、一整套的自動(dòng)控制系統(tǒng)等。系統(tǒng)在45 T的螺旋管形磁場(chǎng)下運(yùn)行，等離子體軸線由18個(gè)NbTi超導(dǎo)線圈圍繞而成，每個(gè)線圈由兩個(gè)圓餅形狀組合而成，圓餅則用絕緣螺栓隔離。整個(gè)線圈由薄壁箱圍起來，周圍充滿了l.8 K、0.12 MPa的超流氦。在旁邊有1個(gè)絕緣的厚壁不銹鋼箱，這個(gè)箱體處于4.5 K左右溫度，用來為以上集成設(shè)備提供必要的機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)也承擔(dān)超導(dǎo)磁場(chǎng)的角色。整個(gè)系統(tǒng)中，要求維持在1.8 K的質(zhì)量為50 000 kg，4.5 K部分則重約120 000 kg，在螺線管周圍有大約20 000 kg的物體作為冷屏，要求達(dá)到80 K的溫度。圖2為TS冷卻流程示意圖[9]。各個(gè)溫度的冷卻量需求分別為：80 K/11 000～32 000 W；4.0 K（80 kPa）/970W；1.75 K（1.3 kPa）/320 W；80 L/h液氦。

圖2　Tore Supra流程圖

美國杰弗遜國家實(shí)驗(yàn)室的連續(xù)電子束加速設(shè)備CEBAF（Continuous Electron Beam Accelerator Fa?cility）項(xiàng)目是第一個(gè)將這種2 K技術(shù)應(yīng)用于超導(dǎo)腔冷卻。CEBAF低溫系統(tǒng)包含3個(gè)冷卻部分，低溫測(cè)試裝置（Cryogenic Test Facility，CTF）、氦液化核心系統(tǒng)（Central Helium Liquefier，CHL）以及終端冷卻設(shè)備（End Station Refrigerator，ESR）。CHL是CEBAF的主要冷卻系統(tǒng)，包括4.8 kW/2.0 K的冷卻機(jī)和傳輸管路系統(tǒng)（TL），同時(shí)提供12 kW/50 K的冷屏冷量，用來維持直線加速器腔體及ESR所需的10 g/s液化量。CEBAF中用到了冷壓機(jī)（Cold Compressor，CC），入口溫度為3 K，應(yīng)用了磁軸承，這樣消除了空氣泄漏到負(fù)壓氦的隱患，避免了可能會(huì)引起的二次純化，冷卻模塊如圖3所示。2 K冷箱包括1個(gè)四級(jí)的冷壓機(jī)和1個(gè)小換熱器，用來將來流溫度由4.5 K冷卻到2.3 K。每一級(jí)冷壓機(jī)都由可變頻率的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)由液氮冷卻。CEBAF采2.0 K的超流氦進(jìn)行冷卻，冷卻量達(dá)2 kW。

圖3　CEBAF冷卻模塊圖

歐洲核子中心（CERN）的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）作為目前世界最高能量的強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)，配備了性能強(qiáng)大的低溫系統(tǒng)。在周長為26.7 km的LEP隧道環(huán)上分布著約1 800個(gè)各種超導(dǎo)磁體，總共需要約7 000 km的NbTi超導(dǎo)電纜。為獲得8.3 T的磁場(chǎng)，需要將超導(dǎo)磁體冷卻到1.9 K。為此建造了世界上最大的低溫系統(tǒng)，包括最大的1.8 K冷卻和分配系統(tǒng)，總的氦冷卻量達(dá)到144 kW/4.5 K加上20 kW/ 1.9 K。在1.9 K的超導(dǎo)磁體的總質(zhì)量為4.7×107kg。氦氣貯存量約1.2×105kg，其中2/3以液態(tài)填充在超導(dǎo)磁體中，需1.0×107kg液氮。LHC環(huán)分成8個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)長3.3 km，分別由1臺(tái)18 kW/4.5 K的氦冷卻機(jī)及1臺(tái)2.4 kW/1.8 K的氦冷卻單元提供冷量[10]。

國內(nèi)目前擁有的大型氦低溫系統(tǒng)，中國科學(xué)院合肥等離子體物理研究所采用引進(jìn)的兩套俄制氦冷卻機(jī)（500 W/4.5 K，單機(jī)氦液化能力為140 L/h）系統(tǒng)為超導(dǎo)托卡馬克裝置HT-7改造的低溫系統(tǒng)[11]，北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)重大改造工程（BEPCII）等[12]，工作溫度均在4.5 K左右，尚未達(dá)到1.8～2 K的低溫。

北京大學(xué)射頻超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室已建成基于超導(dǎo)加速器的THz實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其中1.3 GHz超導(dǎo)注入器與加速器的核心部件必須運(yùn)行在2 K溫度下，為此北京大學(xué)組建了國內(nèi)第1套大型2 K低溫液氦系統(tǒng)，可在2 K溫度下為超導(dǎo)腔提供57.5 W的冷卻功率。在完成低溫液氦系統(tǒng)安裝和調(diào)試后，北京大學(xué)獨(dú)立完成了2 K低溫液氦系統(tǒng)與超導(dǎo)注入器的聯(lián)調(diào)，達(dá)到了2 K氦氣壓力波動(dòng)小于±10 Pa，液氦面波動(dòng)小于±1 L的設(shè)計(jì)指標(biāo)。在超導(dǎo)注入器的2 K穩(wěn)定載束運(yùn)行和THz輻射實(shí)驗(yàn)過程中，2 K系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到了進(jìn)一步的提高。北京大學(xué)2 K低溫液氦系統(tǒng)的成功運(yùn)行不僅為THz實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供了保障，也為我國同類射頻超導(dǎo)加速器的2 K運(yùn)行積累了經(jīng)驗(yàn)，基本流程如圖4所示。

系統(tǒng)主要由氦液化系統(tǒng)和2 K低溫維持系統(tǒng)兩部分組成，氦液化系統(tǒng)主要包括氦氣儲(chǔ)氣罐、壓縮機(jī)、油分離器、純化器、液化器、液氦儲(chǔ)存杜瓦、常溫及低溫傳輸管線、液氮及壓縮空氣等輔助設(shè)備，相關(guān)控制系統(tǒng)等。其中核心部件液化器，采用Linde公司成熟的L140液化器，液化速率在沒有液氮預(yù)冷的情況下為70 L/h，有液氮預(yù)冷的情況下液化速率可以達(dá)到120 L/h，液氦儲(chǔ)存在2 000 L液氦杜瓦中，以備連接超導(dǎo)加速器的2 K低溫維持系統(tǒng)使用。

2 K低溫維持系統(tǒng)主要由2 K冷箱、連接加速器的2 K傳輸線、加速器的低溫恒溫器、2 K減壓降溫泵組以及配套的輔助系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等部分組成，可在2 K溫度下為超導(dǎo)腔提供57.5 W的冷卻功率，2 K氦氣壓力穩(wěn)定度優(yōu)于±10 Pa，液氦面波動(dòng)小于±1 L。

中科院高能物理研究所承擔(dān)的ADS注入器I低溫系統(tǒng)的建設(shè)和主加速器所需超導(dǎo)腔的預(yù)研任務(wù)，根據(jù)對(duì)超導(dǎo)腔主要材料鈮的特性研究，工作在2 K溫區(qū)的超導(dǎo)腔具有更高的品質(zhì)因素和更好的加速梯度，且工作2 K超流氦的負(fù)壓條件下，超導(dǎo)腔的性能也能更加穩(wěn)定可靠。經(jīng)過5年多的攻堅(jiān)克難和不懈努力，中科院高能所加速器驅(qū)動(dòng)的次臨界系統(tǒng)—ADS先導(dǎo)專項(xiàng)團(tuán)隊(duì)于2016年在ADS強(qiáng)流質(zhì)子加速器I上獲得了能量10.1 MeV、峰值流強(qiáng)10.03 mA的脈沖質(zhì)子束流，實(shí)現(xiàn)ADS注入器I的先導(dǎo)專項(xiàng)目標(biāo)。

3　大型超流氦低溫冷卻系統(tǒng)分析

3.1大型超流氦低溫冷卻系統(tǒng)主要設(shè)備構(gòu)成

2 K超流氦低溫冷卻設(shè)備包括1套4.2 K氦液化/氦冷卻機(jī)系統(tǒng)和1套把4.2 K液氦轉(zhuǎn)化為2 K超流氦低溫冷卻子系統(tǒng)（通過對(duì)液氦減壓蒸發(fā)液氦進(jìn)行降溫）。主要子系統(tǒng)包括4.2 K氦液化器、2 K壓縮機(jī)系統(tǒng)、負(fù)壓超流氦換熱器、節(jié)流閥、低溫傳輸管線、超導(dǎo)設(shè)備低溫恒溫器等構(gòu)成。

2 K超流氦冷卻系統(tǒng)一般采用三種方式為負(fù)壓氦氣增壓：（1）采用常溫壓縮機(jī)增壓；（2）采用低溫壓縮機(jī)增壓；（3）常溫和低溫壓縮機(jī)共同增壓。三種不同方式?jīng)Q定了不同的流程循環(huán)，如圖5所示。

3.2熱力循環(huán)方案比較

根據(jù)目前已經(jīng)運(yùn)行或在建的超流氦冷卻的超導(dǎo)加速器裝置主要有兩種：飽和超流氦冷卻（工作溫度通常為2 K）和加壓超流氦冷卻（工作溫度通常為1.8～1.9 K）。飽和超流氦冷卻時(shí)，過冷液氦經(jīng)過JT閥后，成為飽和超流氦，直接注入超導(dǎo)設(shè)備恒溫器進(jìn)行冷卻，氣化后的氦則通過抽氣管道回收，與過冷液氦有1個(gè)熱交換過程。這個(gè)換熱過程可以降低節(jié)流前溫度，提高節(jié)流效率。加壓超流氦冷卻時(shí)，過冷液氦經(jīng)過JT閥，得到飽和超流氦后，不直接注入超導(dǎo)設(shè)備，而是通過1個(gè)換熱器，與超導(dǎo)設(shè)備恒溫器中的加壓超流氦進(jìn)行熱交換，飽和超流氦被氣化。由抽氣管道回收，與過冷液氦交換熱量。一般來講，超導(dǎo)腔的冷卻采用飽和超流氦冷卻方式。

3.3關(guān)鍵技術(shù)及設(shè)備的研究

離心式負(fù)壓低溫壓縮機(jī)是2 K超流氦低溫系統(tǒng)的關(guān)鍵部件［13］。在低溫下對(duì)工質(zhì)氣體進(jìn)行壓縮，可以大大減低工質(zhì)的體積流量，壓縮機(jī)和負(fù)壓換熱器的尺寸將大大減小。離心式壓縮機(jī)適合大流量系統(tǒng)，但是通常每級(jí)壓比限制為2～3.5。根據(jù)工作溫度（2 K或1.8 K），低溫壓縮循環(huán)至少需要4或5級(jí)串聯(lián)，才能實(shí)現(xiàn)所需要的總壓比45～80。壓縮后的氦氣可以直接返回4.5 K氦冷卻設(shè)備冷箱的進(jìn)氣口。工作在低溫下的負(fù)壓壓縮機(jī)的技術(shù)難點(diǎn)是設(shè)備可靠性以及由于漏熱造成的效率下降，具體有四個(gè)方面：

（1）真空防泄漏結(jié)構(gòu)，由于系統(tǒng)的壓力低于常壓，如果外界不純氣體進(jìn)入冷卻機(jī)，將會(huì)極大影響冷卻機(jī)甚至?xí)p壞關(guān)鍵設(shè)備。所以必須設(shè)計(jì)特殊結(jié)構(gòu)防止環(huán)境雜質(zhì)氣體的進(jìn)入；

（2）磁軸承技術(shù)，氣體軸承和磁軸承可以滿足系統(tǒng)無油的要求，但是由于低溫壓縮機(jī)的進(jìn)口壓力很低，氣體密度小，大流量壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子較重，需要更高的負(fù)載支撐能力，實(shí)際上只有磁軸承能夠滿足要求，而磁軸承的動(dòng)態(tài)特性以及高速測(cè)控系統(tǒng)是十分復(fù)雜的；

（3）高速電機(jī)技術(shù)，離心式低溫壓縮機(jī)需要對(duì)工作氣體實(shí)現(xiàn)幾十倍的增壓，超高速的旋轉(zhuǎn)葉輪驅(qū)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)在盡可能少的壓縮機(jī)中對(duì)稀薄工作氣體的增壓，超高速的高效電機(jī)是不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)之一；

（4）超極絕熱技術(shù)，外部環(huán)境的漏熱影響壓縮機(jī)的性能，需要特殊的材料與結(jié)構(gòu)防止低溫葉輪與環(huán)境之間的漏熱。重點(diǎn)需要解決低溫壓縮機(jī)減小軸熱傳導(dǎo)的絕熱結(jié)構(gòu)。

4　總結(jié)

國外大型氦低溫系統(tǒng)已普遍使用超流氦冷卻，而國內(nèi)超流氦目前尚未廣泛應(yīng)用。在低溫系統(tǒng)規(guī)模上，尚存在很大的差距，如LHC低溫氦冷卻系統(tǒng)的總冷量已經(jīng)達(dá)到144 kW/4.5 K+20 kW/1.9 K，而國內(nèi)的冷量僅為2 kW/4 K。另外，在熱力學(xué)完善度方面，CERN LEP系統(tǒng)已達(dá)到Cannot效率的28.8%，而國產(chǎn)系統(tǒng)的效率與可靠性還有待于進(jìn)一步提高。隨著氦低溫冷卻系統(tǒng)在大型工程裝置的廣泛應(yīng)用，近年來加速器驅(qū)動(dòng)次臨界系統(tǒng)（Accelerator Driven Sub-critical System，ADS）、強(qiáng)流重離子加速器裝置（High Intensity Heavy-ion Accelerator，HIAF）、上海光源線站工程（二期工程）、北方先進(jìn)光源（High En?ergy Photon Source，HEPS）等重大工程建設(shè)項(xiàng)目的實(shí)施，低溫工程科技人員將會(huì)積累豐富的經(jīng)驗(yàn)，國產(chǎn)化裝備和技術(shù)也日趨成熟，大型超流氦低溫冷卻系統(tǒng)有望得到長足發(fā)展。

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DEVELOPMENT OF LARGE SCALE CRYOGENIC SUPERFLUID HELIUM REFRIGERATION SYSTEM

HE Chao-feng1，2，YU Huan-qiang2，SUN Xing-zhong2，CHEN Yao-feng2，WU Yi-feng1，2，ZHOU Jia-yi1，2，ZHANG Hua-biao1，2
（1.The16th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation，Hefei 230043，China；2.Anhui Vacree Technologies Co.，Ltd，Hefei 230088，China）

While the applications of low temperature superconducting technology in basic scientific research spread widely，the development of cryogenic engineering was greatly accelerated，and lots of large helium cryogenic systems were established successively.The processes，performances and operating conditions of several typical superfluid helium cryogenic systems were described in detail.The advantages of the application of the super flow helium in the large-scale cryogenic system are introduced and the main equipment composition，the thermodynamic cycle scheme and the key equipment，the key technology breakthrough direction are analyzed in this paper.

superfluid helium；cryogenic system；superconduct

TB657

A

1006-7086（2016）05-0260-05

10.3969/j.issn.1006-7086.2016.05.003

2016-06-02

何超峰（1984-），男，安徽蕭縣人，工程師，主要從事真空與低溫的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。E-mail15155513776@163.com。