多層絕熱無液氮保護金屬實驗液氦杜瓦瓶的研制一

點擊次數：1432 更新時間：2023-04-24

我們就可以滿意的完成輸液氦過程；在杜瓦瓶貯存液氦后。這個銅屏的作用就是把鋁箔和玻璃纖維紙吸收的熱量更好的傳到杜瓦瓶上端，被冷回氣帶走，不致造成多層結構有較大的縱向溫差，因而降低了橫向漏熱，減小了液氦的蒸發，(三)，要求制作工藝簡單.因此。本杜瓦瓶的外膽底，內膽底都是平板結構。此外，對內膽，銅防熱輻射屏等不要求拋光處理，而在其表面上繞以噴鋁滌綸薄膜，液氦杜瓦瓶的防熱輻射的鋁箔都固定在內膽上部的固定圈上.各固定圈的相對位置對液氦的蒸發量是有影響的.我們認為圖1中的尺寸是較為理想的.多層結構的具休制作方法如下：先用液氮對各氬弧焊縫進行低溫一室溫冷熱循環處理幾次.再將內外膽裝配進行壓氣和質譜檢漏證明各焊縫不漏氣后，將各固定圈按圖1位置錫焊好.為了減少焊錫對內壁的熱短路，焊錫不能用得太多，并盡量集中在每個固定圈與內膽的接觸面上.為了減小搬動杜瓦瓶時內膽的晃動對內膽和上法蘭間氬弧焊縫的影響，在內膽與上法蘭的下端面連接處再用錫焊進行加固.這不但增加了內膽與上法蘭間的機械強度，同時也可以有助于防止氬弧焊縫破裂時對夾層漏氣.完成上述焊接后，在內膽底錫焊上活性碳槽，并裝入處理好的活性碳，用銅紗網封口，用厚為6pm的噴鋁滌綸薄膜包纏內膽下部約十層.上端包到**固定圈，下端包住活性碳槽，然后包兩層玻璃纖維紙，并在底部用小刀切幾個供活性碳吸氣的小口：然后再包一層厚約25pm的鋁箔，并用1mm粗的銅線將其上端捆在**個固定圈上，與這個固定圈等高剪去多余鋁箔，其下端包住杜瓦瓶內膽底部.然后再包一層玻璃纖維紙，其上端用尼龍線捆在**、第二固定圈之間的內膽壁上，用小釘將玻璃纖維紙與固定圈上小孔相對應處捅穿，再進行600-第二層鋁箔安裝.如此進行，直到包好第500七固定圈，再套上銅防熱輻射屏，用與內膽40000相同方式在其上包上噴鋁滌綸薄膜和玻璃纖維紙，再以前述方式相間包上鋁箔和玻璃纖維紙.全部完成后在*外面包兩層玻璃纖維紙和兩層噴鋁滌綸薄膜即完成多層結構的制作、200100完成上述工作后即可把內膽裝人外膽中進行夾層的真空處理.一般認為夾層的真空好壞對液氦的蒸發量有著很大的影p200液氦杜瓦瓶液氦面高度與時間關系響。通常都用擴散泵對夾層進行長時間(多達幾十天)的抽空處理.但我們認為由于夾層
中有著大量的玻璃纖維紙，即使經過的高真空抽氣，但在停抽后由于其緩慢的放氣，夾層也不會處于高真空狀態.所以我們對夾層的真空處理非常簡單.只用普通的機工抽機抽五小時左右，停一天，在內膽中裝人熱開水，再用機工抽機抽五小時左右就可以了.夾
層的真空*靠內膽中灌人液氦后活性碳的吸附作用來達到、以后的實踐證明、這樣處理夾層真空方法*能滿足我們的要求.
圖2是實測這個杜瓦瓶的液氦面高與時間的關系，其液氦的平均蒸發量是180毫升/
圖3是個用于一般液氦實驗的小型金屬杜瓦瓶.其結構數據是：內膽口徑為b120mm，高900mm，容積為10升，出厚0.5mm的不銹鋼板卷成圓筒法蘭后氬弧焊成.內膽的外底部焊有活性碳槽，內裝有用來吸附夾層中剩余氣體的活性碳.外膽由厚2mm的不銹鋼板氬弧焊成，直徑為d200mm，高1000mm.這個杜瓦瓶的多層結構采用兩，內膽屏!_屏2個銅屏和噴鋁滌綸薄膜組成.屏1是由厚1mm的紫銅板銀焊制成，與內膽間隔為5mm，離頂部150mm錫焊在內膽上.屏2溫度計多層材料由厚50jm的紫銅箔錫焊制成，與內膽間隔為15mm，離頂部100mm錫焊在內膽上.在屏1和屏2上分別包有25層和35層
外膽噴鋁滌綸薄膜、為了觀測各屏的溫度變化，如圖3所示，在屏1活性碳槽和屏2上各放有三個銅-康銅熱電偶溫度計，在噴鋁滌綸薄膜內也放有兩個鋼-康銅熱電偶溫度計，外膽與內膽法蘭采用錫焊密封.如前所述，多層絕熱結構的熱傳播是復雜的，是固體傳熱和
輻射傳熱的混合結果.噴鋁滌綸薄膜包的太緊，層數太多，則增加了橫向固體傳導漏熱；反之，又增加了輻射漏熱.我們采用了圖3中120杜瓦瓶結構示意圖25層/cm左右的松緊度.此外，由于固體傳熱與溫度差一次方成正比，輻射傳熱和溫度高次方成正比，故對較外層部份，后者起主要作用.所以我們把噴鋁滌綸薄膜盡量包的內松外緊，使在一定的夾層厚度情況下，取A AN-250得**的絕熱效果.實驗結果表明本杜瓦瓶的蒸發量為~7170毫升/小時—230毫升/小吋.夾層中銅屏及多層材料的溫度分布情況如圖4所示，屏1的溫度在輸液氦后逐漸下降到*低溫度(~100K)，又開始升溫。平衡時約為130K.屏2的溫度分別約為190K，215K，235K，頂底溫差高達45K，說明采用50pm的銅箔作屏2太薄了.多層材料中的溫度約為260K，*外中120杜瓦瓶的多層結構的溫度，液氨面高度與時間的關系層的溫度是室溫.在本實驗中，內膽上部加有一個直徑為p110mm，高為100mm的塑料塞子.以后的實驗表明，如再增加一個塞子，可使屏2的各點溫度下降約15K.除上述杜瓦瓶外，我們還按照圖1杜瓦瓶的多層結構方式制作了口徑為dl20mm，中150mm的金屬實驗液氦杜瓦瓶.中120的杜瓦瓶內膽由壁厚為0.3mm的不銹鋼板卷繞氬弧焊成，長900mm，容積為上面5個的間距為32mm，下面5個的間隔為4010升.在其上部錫焊有固定圈10個.mm.考慮到這個杜瓦瓶較短，放在多層結構中未加防熱輻射銅屏.實驗證明這并不增加預冷時間.測量結果，這個杜瓦瓶的平均蒸發量為100毫升/小時好一倍.中150的杜瓦瓶是為溫度計標定，比熱測量這樣--些需要較長工作時間的實驗而設計的。其內膽由壁厚0.mm的無縫不銹鋼管制成，長1500mm.在內膽上端錫焊有11個固定圈.固定圈的間距為40mm，第11固定圈離頂部距離為100mm，第七固定圈是為固定銅屏所用，其與第6固定圈的距離為70mm，銅屏由厚0.5mm的銅板卷焊制成，直徑為b200mm，長1290mm，固定在第七固定圈上.外膽由厚2mm的不銹鋼板氬弧焊成，直徑外膽與內膽之間也采用法蘭聯接和真空橡皮圈密封.這個杜為中290mm，長1640mm，瓦瓶的平均蒸發量為120毫升/小時，灌滿一次液氦后可以進行四天左右的實驗.
三、討論
實驗用金屬液氦杜瓦瓶采用多層結構后，可以不再需要液氮保護.由于其工藝簡單。體積小，重量輕和使用維修方便等優點，很值得推廣.在制作和性能測試中，我們有下面幾點體會.
(1)多層結構有各種不同方式，但以鋁箔和玻璃纖維紙相間組成為**.如內膽較長，在多層結構中加一個銅屏不但可以縮小鋁箔上下溫差，而且可以縮短杜瓦瓶的預冷時間.
(2)液氦的蒸發量與鋁箔的層數及其上部固定圈的相對位置有關，與銅屏的位置也有關系，而與真空夾層的處理方式關系不大，所以我們在每個杜瓦瓶安裝好后，僅用普通機工抽機抽空后都能得到良好的使用效果.
(3)如在內膽的上部放置幾個厚約100mm，直徑比內膽小~10mm的塑料塞子，迫使蒸發的冷氦氣沿內膽壁流動，可以更充分地利用氦回氣冷量，減小銅屏溫度，因而降低了液氦的蒸發量.
(4)在圖3所示杜瓦瓶中，屏1的溫度偏高，如果把屏1的位置降低50一100mm，估計可達液氮溫度，可以起到更好的絕熱作用.屏2的頂底部溫差高達~45K，說明用50pm厚的銅箔作屏不能起到良好的傳熱作用，必須適當加厚.
(5)我們認為在如圖1的液氦杜瓦瓶中，在緊鄰內膽處再加上如圖3杜瓦瓶的屏1裝置，可以更好的降低液氦蒸發量.