專利名稱：一種低溫超導磁體的冷卻方法及其系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種低溫超導磁體的冷卻方法及其系統，屬于超導磁體技術領域。
背景技術：
隨著超導低溫技術的發展以及新型超導體材料的發現，超導磁體在應用上得到極大地提高。目前，超導磁體已成為科學研究的重要工具，它在高能物理、受控熱核反應、等離子體物理、生物物理、低溫物理、磁學、物質結構分析、醫學、交通、工業等很多科學探索研究中得到越來越廣泛的應用。我國對超導磁體的需求日益增長。但超導磁體的運行需要大量價格昂貴的液氦，一臺超導磁體在冷卻過程中需數百升液氦，運行費用一般比較高，同時我國氦氣資源嚴重缺乏，現在液氦及氦氣的供應主要依賴國外進口，在2007年底至2008年初，我國一度出現無液氦可用的情況。采取一種合理有效的超導磁體冷卻方法，有效地減少超導磁體在冷卻過程中的液氦消耗是急需解決的問題。
發明內容
要解決的技術問題為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種低溫超導磁體的冷卻方法及其系統，解決了現有低溫超導磁體在冷卻過程中有效地減少價格昂貴，資源稀缺的液氦消耗。技術方案一種低溫超導磁體的冷卻方法，其特征在于步驟如下步驟1 將超導磁體線圈置于一個三重空腔的中心空腔中，將外圍的空腔抽真空至 KT3Pa ；步驟2 將中心空腔和中間空腔充滿液氮，使得中心空腔和中間空腔的溫度由室溫冷卻到液氮溫度77K ；步驟3 將中心空腔進行密封后充入液氦，同時排出全部液氮，使得溫度由77K降為4. 2K，完成低溫超導磁體冷卻；在步驟2和步驟3的過程中，所述中間空腔保持充滿液氮。一種實現所述方法的系統，其特征在于包括充液氮閥1、充液氦閥2、液氮液面計 3、液氮閥4、中心孔5、排氦氣閥6、真空閥7、真空腔8、液氮管9、充液氦管11、排氦氣管12、 液氮存儲腔13和液氦存儲腔14 ；在一個密閉空間內的中心部位設有液氦存儲腔14，液氦存儲腔14之外設有液氮存儲腔13，最外圍設有真空腔8;密閉空間的上端設有端蓋，端蓋中心設有中心孔5，液氮管9和液氮液面計3下端連接的高溫超導線10中心孔5插入腔體，液氮管9上設有液氮閥4 ；位于液氦存儲腔14的端蓋部位設有充液氦閥2和插入液氦存儲腔14 內的充液氦管11，以及排氦氣閥6和插入液氦存儲腔14內的排氦氣管12 ；位于液氮存儲腔 13的端蓋部位設有充液氮閥1，位于真空腔8的端蓋部位設有真空閥7。所述的液氦存儲腔14的中部為向液氮存儲腔13延伸的環形凹槽。所述的高溫超導線10采用？。
有益效果本發明提出的一種低溫超導磁體的冷卻方法及其系統，在低溫超導磁體液氦冷卻之前，采用液氮對超導磁體線圈預冷，并利用氦氣壓力方法將液氮完全排出，最后在利用液氦將已冷卻至液氮溫度的超導線圈冷卻至液氦溫度，從而解決了現有低溫超導磁體在冷卻過程中有效地減少價格昂貴，資源稀缺的液氦消耗。
圖1 低溫超導磁體結構圖；圖中1-充液氮閥，2-充液氦閥，3-液氮液面計，4-排液氮閥，5-中心孔，6-排氦氣閥，7-真空閥，8-真空腔，9-排液氮管，10-高溫超導線，11-充液氦管，12-排氦氣管， 13-液氮存儲腔，14-液氦存儲腔，15-低溫超導磁體線圈。
具體實施例方式現結合實施例、附圖對本發明作進一步描述本實施例包括充液氮閥1、充液氦閥2、液氮液面計3、液氮閥4、中心孔5、排氦氣閥6、真空閥7、真空腔8、液氮管9、充液氦管11、排氦氣管12、液氮存儲腔13和液氦存儲腔 14 ；在一個密閉空間內的中心部位為液氦存儲腔14，液氦存儲腔14之外為液氮存儲腔13， 最外圍為真空腔8，液氦存儲腔14的中部為向液氮存儲腔13延伸的環形凹槽。密閉空間的上端設有端蓋，端蓋中心設有中心孔5，位于液氦存儲腔14的端蓋部位設有充液氦閥2和插入液氦存儲腔14內的充液氦管11，以及排氦氣閥6和插入液氦存儲腔14內的排氦氣管12 ；位于液氮存儲腔13的端蓋部位設有充液氮閥1，位于真空腔8的端蓋部位設有真空閥7。所述的高溫超導線10采用？。冷卻實現步驟1、通過真空閥7，利用真空分子泵對真空腔8抽真空至KT3Pa ；2、通過充液氮閥1和液氮閥4將液氮存儲腔13和液氦存儲腔14充滿液氮，使得中心空腔和中間空腔的溫度由室溫冷卻到液氮溫度77K ；3、關閉充液氦閥2，將液氮液面計3下端連接的高溫超導線10通過中心孔5插入液氦存儲腔14中，對中心孔5進行密封；在液氮液面計3接納伏計，監測液氦存儲腔14中液氮液面位置；4、通過充液氦閥2和充液氦管11使氦氣沖入液氦存儲腔14中，使液氦存儲腔內壓力不斷增加；在壓力的作用下，液氦存儲腔14內的液氮通過液氮管9和液氮閥4全部排出，；液氮液面由液氮液面計3進行監測；5、待液氦存儲腔14中液氮完全排盡后，使得溫度由77K降為4. 2K，取出液氮液面計3和排液氮閥4整體部件，并密封好中心孔5 ；，完成低溫超導磁體冷卻。在整個冷卻過程中，液氮存儲腔13始終灌滿液氮，用以減小液氦存儲腔14與外部室溫的溫度梯度。采用高溫超導線10使其在液氮中時超導沒有電阻的特性測量液氮的液面。一臺15T低溫超導磁體如直接采用液氦冷卻，需用500-600升液氦，采用本方法對低溫超導磁體進行冷卻，在低溫超導磁體液氦冷卻之前，采用液氮對超導磁體線圈預冷，并利用氦氣壓力方法將液氮完全排出，最后在利用液氦將已冷卻至液氮溫度的超導線圈冷卻至液氦溫度，需用液氮500升，液氦200-300升，雖使用了 500升價格低廉的液氮，但液氦消耗量減少一半，從而解決了現有低溫超導磁體在冷卻過程中有效地減少價格昂貴，資源稀缺的液氦消耗。
權利要求
1.一種低溫超導磁體的冷卻方法，其特征在于步驟如下步驟1 將超導磁體線圈置于一個三重空腔的中心空腔中，將外圍的空腔抽真空至 IO^3Pa ；步驟2 將中心空腔和中間空腔充滿液氮，使得中心空腔和中間空腔的溫度由室溫冷卻到液氮溫度77K ；步驟3 將中心空腔進行密封后充入液氦，同時排出全部液氮，使得溫度由77K降為 4. 2K，完成低溫超導磁體冷卻；在步驟2和步驟3的過程中，所述中間空腔保持充滿液氮。
2.一種實現權利要求1所述方法的系統，其特征在于包括充液氮閥(1)、充液氦閥O)、 液氮液面計(3)、液氮閥(4)、中心孔(5)、排氦氣閥(6)、真空閥(7)、真空腔(8)、液氮管 (9)、充液氦管(11)、排氦氣管(12)、液氮存儲腔(13)和液氦存儲腔(14)；在一個密閉空間內的中心部位設有液氦存儲腔(14)，液氦存儲腔(14)之外設有液氮存儲腔(13)，最外圍設有真空腔(8)；密閉空間的上端設有端蓋，端蓋中心設有中心孔(5)，液氮管(9)和液氮液面計C3)下端連接的高溫超導線(10)中心孔( 插入腔體，液氮管(9)上設有液氮閥； 位于液氦存儲腔(14)的端蓋部位設有充液氦閥( 和插入液氦存儲腔(14)內的充液氦管 (11)，以及排氦氣閥(6)和插入液氦存儲腔(14)內的排氦氣管(12)；位于液氮存儲腔(13) 的端蓋部位設有充液氮閥(1)，位于真空腔8的端蓋部位設有真空閥(7)。
3.根據權利要求1所述的低溫超導磁體，其特征在于所述的液氦存儲腔(14)的中部為向液氮存儲腔(13)延伸的環形凹槽。
全文摘要
本發明涉及一種低溫超導磁體的冷卻方法及其系統，技術特征在于在低溫超導磁體液氦冷卻之前，采用液氮對超導磁體線圈預冷，并利用氦氣壓力方法將液氮完全排出，最后在利用液氦將已冷卻至液氮溫度的超導線圈冷卻至液氦溫度，從而解決了現有低溫超導磁體在冷卻過程中有效地減少價格昂貴，資源稀缺的液氦消耗。
文檔編號H01F6/04GK102436898SQ20111040485
公開日2012年5月2日 申請日期2011年12月7日 優先權日2011年12月7日
發明者馮勇, 劉向宏, 張豐收, 朱思華, 熊小偉, 葛正福, 高慧賢 申請人:西部超導材料科技有限公司