中性束系統(tǒng)大抽速低溫泵的基本結(jié)構(gòu)
通常低溫泵由以下幾個部分組成：(1)4.2~20 K溫度的冷面;(2)60~80K溫度的熱屏蔽層（輻射屏蔽層）；(3)連接到輻射屏蔽的擋板;(4)冷卻回路;(5)在常溫下的容器；(6)其它部分冷面;(7)測量，電源等部分。
在HL-2A NBI上的鈦泵布置如圖3 所示。因為前期HL-2M中性束束線的方箱將可能沿用現(xiàn)有HL-2A NBI的真空室結(jié)構(gòu)，所以低溫泵的位置就是現(xiàn)在鈦泵所在的位置，在兩側(cè)只有預(yù)留約10~25mm 的安裝空間。液氦和液氮將被用來作為工作氣體。原來鈦泵吸附器方箱尺寸為：高1800mm，長1000mm，寬220mm�？鄢惭b空間后，實際低溫泵主體可以采用的最大尺寸為：高1750mm，長950mm，寬200mm。
1. 離子源2.中性化器3.鈦泵4.偏轉(zhuǎn)磁鐵5.鈦泵6.熱測靶
圖3 在HL-2A NBI上的鈦泵布置示意圖
中性束上的低溫泵主體結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示，圖5示意性顯示HL-2M NBI用低溫泵的液氦和液氮兩個溫度回路。首先是低溫面的低溫回路（ 低溫面如圖4顯示），這其實就是實際的泵組部分，其次是較高的溫度的輻射屏蔽回路部分（見圖4）。在初步設(shè)計中一共有3個的獨立的泵體部分，2個大的完全一樣（如圖3中3的位置），1個較小尺寸的（如圖3中5的位置）；設(shè)計氫吞吐量為5 Pa·m3/s(H2)，單個泵體的理論抽氣速度約為259m3/s。設(shè)計能在一定高真空壓力條件能夠保持超過4h的運行而不需要再生。
（左：整個主體；右：側(cè)面）
圖4中性束上的低溫泵主體示意圖
圖5 液氦和液氮回路示意圖
低溫泵的總的冷面約為3.4m2。采用活性炭吸氫的能力需要達到25,000Pa·m3/(kg 吸附)（這主要和我們采用的活性炭涂層有關(guān)）;對于單位面積冷面上，相當(dāng)于1Pa·m3/cm2�；钚蕴客繉訂蝹�泵體要達到約2.7m2。對于中性束實驗，需要泵組在4h內(nèi)建立大概10-3~10-4 Pa的真空。該低溫泵在低溫板上用液氦冷卻到名義上的4.5K，用液氮在折流板上冷卻達到名義上的77K。再生過程時，加熱低溫板時使用電加熱辦法達到約100K，他們將釋放累積的氫氣。再生過程中，輻射屏蔽上使用液氮保持在約77K。這樣保護冷凝表面對抗紅外輻射，在泵處于室溫條件下時，該77K擋板有以下幾個功能：
(1)在真空容器中保護凝結(jié)表面對抗輻射;
(2)凝結(jié)水蒸汽;
(3)傳輸氣體接近凝結(jié)表面。
離心泵被用來強制液氦在飽和壓力下通過低溫面。因此，主要冷卻過程是由液氦汽化的過程實現(xiàn)的；液態(tài)和氣態(tài)的氦流，在串聯(lián)的各低溫面上，強烈的影響著壓降比; 此外，還影響了在不同的運作情況下的熱負荷 �？偟膩碚f前側(cè)的低溫泵被設(shè)計為V 字型（肩章型）折流板，折流板投影面積約為1.7m2，夾角為90°，可以查真空手冊知道此時的流導(dǎo)概率為0.48，折流板結(jié)構(gòu)如圖6顯示。輻射屏蔽是由位于低溫泵上方的有液面控制的冷卻液氮池來進行（參見圖4右側(cè)所示）。冷卻回路如圖5所示，初步考慮了500L存儲液氮和液氦的低溫杜瓦結(jié)構(gòu)。
圖6 77K的V字型折流板的機械結(jié)構(gòu)
關(guān)于V字型折流板的基本結(jié)構(gòu)，如圖6所示；需要注意的是為了提高輻射率，這個V字型擋板還需要黑化；IPP是采用Al2O3/TiO2陶瓷來進行的黑化處理。
另一個關(guān)鍵技術(shù)是活性炭涂層技術(shù)。在這方面，德國FZK已經(jīng)投入實施并取得成功的結(jié)果。他們?yōu)镮TER研制的活性炭低溫吸附面試驗原型如圖7 所示，IPP NBI采用的活性炭低溫吸附面試驗原型也是極為類似的結(jié)構(gòu)，這種方式特別是對氫氣非常有效（當(dāng)然前提要考慮熱負荷）。在日本JT-60 NBI低溫泵上，采用的鋁涂層絎縫不銹鋼板作為此用途。
圖7 ITER采用的活性炭低溫吸附面試驗原型
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