脉冲强磁场科学实验用氦再冷凝式低温系统的设计与实验研究

发布时间：2021-01-26 07:22

　　液氦温区特别是1.5 K低温是开展脉冲强磁场下电/磁输运、整数和分数量子霍尔效应和自旋电子学等前沿基础科学研究的重要条件。为此,本文开展了脉冲强磁场科学实验用氦再冷凝式低温系统的设计与实验研究,在强磁场工况下低温系统稳定性、低温系统用高效小型氦液化器设计和研制以及氦再冷凝式低温系统集成和实验等方面系统地进行了研究。在低温系统的稳定性研究方面,分析了脉冲强磁场科学实验用氦再冷凝式低温系统的磁场环境及其对低温系统的潜在影响,建立了脉冲强磁场科学实验用低温系统关键部件与磁场间耦合作用模型,获得了脉冲磁体放电过程中液氦恒温器的涡流分布及其作用下的传热和力学特性,在此基础上对低温系统液氦恒温器进行了优化设计,确保低温系统在高场放电过程中具有良好的热、结构稳定性。在高效小型氦液化器研究方面,为解决已有GM制冷机低温系统中氦液化单元存在的氦气预冷不足、液化效率低问题,提出了两级分离式预冷方法,大幅提升了氦气与制冷机之间的热交换效率;利用1.5 W@4.2 K GM制冷机,在115 kPa压力下达到了19 L/day的高液化率,为实现氦再冷凝式低温系统提供了关键的技术支撑;通过分析不同压力工况下的液化... 

【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：116 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

脉冲强磁场氦浸泡低温系统示意图

2）氦三制冷低温系统氦三制冷低温系统是一个两级减压降温系统，在氦浸泡式低温系统的基础上增加了对氦三的减压降温过程，如图 1.2 所示[24]。3He 与4He 是同位素，标准状态下3He的沸点为 3.19 K，利用3He 减压降温是获得 1 K 以下低温最常用的方式。与氦浸泡式低温系统类似，首先在液氦恒温器内注入液氦4He，浸泡磁体的液氮为液氦恒温器提供热屏蔽作用。初始时3He 腔内部处于真空状态。通过对4He 腔进行减压降温，使其温度降至 1.5 K 以下，满足3He 液化和热屏蔽的需求。实验过程中，4He 的液面需保持超过3He 腔底部的真空夹层

图 1.4 氦流气低温系统示意图统统直接使用 1.5W@ 4.2 K 的 GM 制冷内导热介质的不同可分为两类：一类是），利用直径 0.14 mm 的铜丝束将制冷


本文编号：3000710