C-ADS主加速器系统CM4低温恒温器的热负荷分析

为了优化CM4低温恒温器的结构型式,本文对低温恒温器热负荷来源进行了研究,包括低温绝热支撑(POST)、电流引线、高功率耦合器的热传导,80K冷屏的热辐射,超导腔、高功率耦合器的动态热负荷等。研究结果表明,CM4低温恒温器满足低热负荷的要求,为下一步低温恒温器的优化及运行调试提供了理论基础。

真空低温绝热支撑的设计与模拟分析

真空低温绝热支撑(POST)是超导加速器低温恒温器(Cryomodule)的关键部件之一,直接影响到整个Cryomodule的静态漏热、结构的稳定性、加速器准直测量的精确性等多种性能指标。利用经典理论方法和有限元软件对POST进行理论计算和模拟分析,理论计算与模拟分析结果基本一致,同时在工作状态下对其进行热力学模拟计算。分析结果表明,此POST满足低漏热、高强度的设计和使用要求,为进一步的优化设计和实验研究提供了可靠的理论依据和技术支持。

ADS/2K低温管线真空隔断的结构设计与分析

为了实现不同真空系统的独立性,在2 K低温管线中设置真空隔断。通过应用场合以及功能分析,对真空隔断的结构进行设计。利用ANSYS有限元分析软件对其进行热负荷的数值模拟,获得温度分布以及热传导值,同时进行热和结构的耦合分析,获得应力的分布情况,并进行强度评定。分析的结果为真空隔断的优化提供了可靠的理论依据。

电解法制备高纯ClO_2技术

为了开发经济实用的高纯ClO2制备工艺,对电解氯酸盐溶液制备ClO2的技术进行了研究。通过电解氯酸盐自动催化循环制备高纯ClO2的实验,讨论了氯酸盐的浓度、电解液的氢离子浓度、电解液温度、电流密度以及电解液中ClO2剩余浓度对产品气体中ClO2质量分数的影响。研究结果表明,实验产生的产品气体,ClO2的质量分数均在90%以上,当在最佳条件下,即氯酸盐浓度约为1.0 mol/L,电解液的氢离子浓度约为4.90 mol/L,电解液温度约为28℃,电流密度约为975 A/m2的条件下,产生ClO的质量分数可达98%左右。

高纯三氟化硼制备技术研究

高纯三氟化硼是半导体离子注入用的重要掺杂离子源,在电子工业中有着广泛的应用。本文提出了在真空条件下,高温裂解氟硼酸盐、低温精馏制备高纯三氟化硼气体的新工艺。该工艺是在600℃和700℃2个温度段分别对氟硼酸盐进行高温分解,对产生的产品气体进行低温精馏操作,实现三氟化硼气体的净化。实验结果表明,该工艺流程产生的三氟化硼气体纯度不低于99.995%,四氟化硅的含量在10 ppm以下。

超流氦低温恒温器冷质量准直调节及低温变形分析

为满足超导射频腔及超导磁体低温下的加速器准直精度要求,对超流氦低温恒温器冷质量的准直调节方案进行分析。通过对冷质量的低温位移进行有限元模拟计算,获得其在2 K超流氦温区的位移变形量,利用拉伸丝型位移监测仪(WPM)在线测量数据来验证模拟分析方法。结果表明,模拟值与测量值具有较好的一致性,为底部支撑型式低温恒温器的准直调节方案设计提供了重要的数据基础。

Spoke型超导腔水平测试低温恒温器的设计

Spoke型射频超导(SRF)加速腔水平测试低温恒温器是中国科学院先导专项加速器驱动次临界系统(ADS)项目的重要设备之一,水平测试成功与否,直接影响到超导腔、耦合器、调谐器等能否带束流运行。对水平测试恒温器的功能及工作流程进行了初步分析,通过对恒温器中部分关键部件结构及热力学分析,以及不同温区热负荷模拟分析研究,确定恒温器的结构形式,同时为恒温器的低温测试和运行的稳定性提供理论依据。

先进光源技术研发与测试平台(PAPS)2K超流氦低温系统流程设计与计算

先进光源技术研发与测试平台(PAPS)2 K超流氦低温系统流程设计与计算需根据系统热负荷以及功能需求,进行方案设计和管道的规格选型,确定氦制冷机制冷能力。使用关联式编程计算方法对PAPS氦低温系统进行了流程模拟和计算,确定了2 K超流氦的获得方式,并研究了不同的节流前温度与节流效率以及相分离器供液质量流量的关系,重点介绍超导腔的垂直测试站流程计算结果。经过流程计算可得:氦制冷机制冷能力选择2500 W@4.5 K,5000 L液氦储存杜瓦需为3个站点设备端提供21.52 g/s的1.3×105 Pa饱和液氦。主供液管内径选择23 mm,主回气管内经选择250 mm,超导腔氦池回气至减压降温泵入口的沿程阻力为195.12 Pa,不超过200 Pa,管道选型合适,能够满足要求。

电解法制高纯二氧化氯工艺在水处理中的应用

为了开发经济实用的二氧化氯消毒工艺,对电解法制备高纯二氧化氯工艺在水处理中的运用进行了研究。在最佳条件下,电解氯酸盐自动催化循环制备的二氧化氯纯度可达98%左右。通过二氧化氯杀菌除藻试验,讨论了二氧化氯用量以及原水pH对细菌、叶绿素a、藻类的去除率的影响。结果表明,二氧化氯用量在2 mg/L以上时,3者的去除率均达到90%以上。当二氧化氯用量为2 mg/L、原水pH为6～9时,3者的去除率不发生显著变化,并且二氧化氯的剩余质量浓度均控制在0.5 mg/L以下。消毒成本:生产1 kg二氧化氯成本可以控制在6元以内,当二氧化氯用量在0.5～2 mg/L时,1 t水的消毒成本为0.003～0.012元。

166.6 MHz超导腔加强筋结构的多物理场耦合仿真

高能同步辐射光源加速器的166.6 MHz超导腔采用4.5 K饱和液氦浸泡冷却,其内导体与小束管之间设计有加强筋以改善超导的应力分布,加强筋会影响气泡排出,气泡聚集过多会降低液氦冷却效果,有引发失超的风险。使用Fluent、Hfss软件对超导腔内导体附近的流场进行了流动/传热/电磁多物理场耦合仿真,研究了加强筋顶部开孔设计对气泡流动以及换热效果的影响。结果表明:加强筋顶部开10 mm、20 mm方孔时气泡排出比较顺利,内导体EM面最高温度、平均温度相差较小,相对误差分别为0.5%和0.4%。加强筋顶部不开孔时会在顶部带来较厚的气泡堆积、较大的温度梯度并抬升内导体温度,最高温度约6.41 K,但仍可以保证超导腔处于超导温区。

650 MHz双cell超导腔冷氦气自动降温方案研究

本文以先进光源技术研发与测试平台(PAPS)中的650 MHz双cell超导腔的降温过程为主要研究对象,采用准则关系式法及计算流体力学方法构建了整体换热模型并编程计算,得到了降温过程中超导腔所需的冷氦气入口腔前参数。根据腔前参数反推流程,考虑整体布局和局部阻力的损失,计算了兑温阀门开度与腔前参数的对应关系,从而可通过兑温阀门开度时刻表来实现整体降温过程的自动控制。

Spoke型超导腔非稳态降温过程模拟与热应力分析

Spoke型超导腔是一种用于中低β加速段的新型超导腔加速结构。使用数值计算方法研究了Spoke型超导腔在非稳态降温过程中的温度分布情况和降温规律,并以此为基础计算了降温过程中的热应力分布情况及其变化规律。结果表明,在降温过程中由于流动不均匀导致Spoke型超导腔温度分布产生了不均匀性,其不均匀程度在降温过程中呈现先迅速上升而后不断降低的趋势。计算了在非稳态降温过程中5个点的应力,通过计算得知,Spoke型超导腔最大热应力远大于稳态工况,最大可达41.85倍。在降温过程中这五个点的超导腔热应力呈现先增大后减小的趋势,且增大降温速率,应力的最大值会随之增大。

超导质子加速器2K超流氦大型低温恒温器技术研究及应用

针对我国核能可持续发展中“核废料安全处置”问题,以“ADS(加速器驱动的次临界系统,Accelerator Driven Sub-critical System)嬗变核废料”为切入点,开展先进核裂变能前瞻性基础研究。目前,国际上尚无运行的直流型强流超导直线加速器,基础研究和技术研发的挑战空前巨大,巨大的挑战也意味着巨大的创新机遇,一旦我们取得突破,即可跨越性地占领该领域国际竞争的制高点。中国科学院2011年启动“未来先进核裂变能”先导专项,基中的加速器驱动嬗变系统(ADS)瞄准核电站高放废料清洁处理这一前沿方向,是目前尚未解决的世界性难题。