1、NBI綜合測試臺后低溫冷凝泵熱負荷分析與計算 NBI綜合測試臺的建立，是為了對未來用于EAST裝置的中性束注入器(NBI)開展性能測試并開展相關物理實驗。低溫冷凝泵是為NBI提供穩定的動態真空環境的重要部件，低溫泵的工作狀況直接關系到束的傳輸效率。結合后低溫冷凝泵的工作情況，對其開展了熱負荷計算，并對影響熱負荷的一些因素開展了分析，為后續的熱應力分析和低溫系統的設計提供參考。 1、引言 NBI是一套用于產生高能帶電粒子束并對其開展中性化、最終將高能中性粒子束注入到聚變裝置內用以加熱等離子體、驅動等離子體電流的裝置。 圖1為NBI構造示意圖。NBI由離子源、中性化室、偏轉磁鐵、低溫真空系統、電源

2、系統、測控系統等功能單元組成。 就低溫真空技術而言，要保證束的高效傳輸，需要有一個穩定的動態真空，低溫泵是為NBI提供真空環境的主要設備，真空技術網(http:/)認為它的運行情況直接關系到束傳輸效率的高低并影響到整個束線內其他部件的使用壽命與使用安全。 NBI低溫泵是由液氮冷卻的防輻射擋板和液氦冷卻的起冷凝吸附作用的液氦板組成，分為前、后低溫冷凝泵，前低溫冷凝泵呈圓片狀，中間預留了束通道和功率測量靶的安裝位置；后低溫冷凝泵呈圓筒狀，擔負著57%左右的抽氣任務。 圖1 NBI構造示意圖 2、構造 后低溫冷凝泵是低溫系統的一部分，安裝在NBI真空室第一段內，以30個改良型的Santeler防輻射

3、板鋁制拉伸件為根底搭建起來，長1.633m。防輻射屏和液氦板分別采用液氮、液氦迫流冷卻，液氦板由鋼絲吊掛在防輻射屏上，鋼絲與防輻射屏和液氦板之間墊有陶瓷墊片，以此增加熱阻，減少導熱。液氮防輻射屏和液氦板的空間布置如圖1所示。在真空室與低溫冷凝泵之間有兩層間隔0.5mm的拋光鋁材制作的遮熱板，運行時最外層真空室壁面溫度為室溫，此處取室溫300K、液氮防輻射屏77K、液氦冷凝板4.2K開展計算分析。圖3是裝配完成后的后低溫冷凝泵示意圖。 1-液氮防輻射屏；2-液氦板；3-液氮通道；4-液氦管 圖2 液氮防輻射屏和液氦板的空間布局 圖3 后低溫冷凝泵示意圖 3、后低溫冷凝泵熱負荷分析 后低溫冷凝泵的

4、熱負荷主要來自真空室的輻射、被冷凝氣體載熱等，為方便以后液氮、液氦耗量的計算及儲槽的選擇，下面分別分析計算液氮防輻射屏和液氦板的熱負荷。 3.1、液氮防輻射屏的熱負荷 后低溫冷凝泵液氮防輻射屏包裹著液氦板，既阻擋了室溫真空筒壁對液氦板的輻射，又可防止氣體分子直接與液氦板碰撞帶來的大量熱量產生。針對防輻射屏的工作環境，對其開展熱負荷分析。 5、結論 (1)從上面的分析中可以看出，熱流最大處集中在液氮防輻射擋板的處和冷凝板的最外側，在降溫或低溫屏再生期間會對此處造成較大的沖擊，應注意此處的變形。分析中僅考慮的是液氮擋板對冷凝板的輻射，沒有考慮其他熱載荷，在所有載荷的共同作用下，熱流和溫度分布都會有所變化。 (2)兩層遮熱板的溫度更接近于熱邊界(即真空室壁)。內層遮熱板雖直接面向冷邊界，但是溫度更接近隔著外遮熱板的熱邊界。這意味著，若是多層絕熱，將其貼附在熱邊界的絕熱效果要好于將其貼附在冷邊界。 (3)經計算，液氮系統的熱負荷為411.47W，可以為液氮儲罐選型提供依據。遮熱板對降低室溫對液氮系統的輻射熱效果顯著，輻射熱的大小與材料表面狀況及遮熱板層數有關，要降低室溫輻射，可以采用兩種方式: 對真空室內側、遮熱板表面、液氮防輻射屏表面開展處理，降低表面發射率； 在有限空間內盡可能多的增加遮熱板層數。 為降低室溫到低溫壁面的導熱量，可以在保證吊掛件強度的提前下，增加吊掛桿件的長徑