《表5 低温系统热负荷计算》

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《基于斜螺线管型超导Gantry二极磁体设计》

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当低温系统处于稳态时，杜瓦内真空达到10-4~10-5 Pa，超导磁体与冷屏温度不再发生变化，系统的漏热与制冷机的制冷功率达到平衡态。此时，系统热负载主要包括:传导热、辐射漏热和电流引线接头及超导线接头焦耳热。通过对低温系统热负荷计算（见表5），一台制冷机的一级冷量远不能满足要求。斜螺线管型超导二极磁体采用一台1.5 [email protected] K的GM制冷机和一台54 W@40 K的单极制冷机来冷却整个磁体系统。此时，一级冷头可在50 K时提供130 W的冷量，二极冷头通过铜编织带与超导磁体、高温电流引线连接，在4.2 K温度下提供1.5 W的冷量。利用ANSYS有限元热分析模块[13]对超导磁体系统进行热分析计算，模拟了磁体骨架及冷屏的温度分布。图12是磁体骨架的温度分布云图。可以看出，越是远离冷头的区域，温度越高，骨架的最大温差为0.03 K，热点区域主要为拉杆连接处。在实际低温系统设计时，还应尽量减小连接处的接触热阻，进一步减小温差。图13为冷屏的温度分布云图。冷屏上的温度分布非常不均匀，冷屏最远端与一级冷头的温差为3.3 K，主要是因为传热路径导致。利用模拟的分析结果，优化磁体导冷路径，确保超导磁体低温环境下稳定运行。