真空只17，超导托卡马克装置低温杜沉的真空问王小明，辜学茂，武玉，线衍达，李高云，杨道文。李生发，罗南昌中国科学院等离子体物理研宄所，安徽合肥230031主机氦泄漏漏率作了计算，介绍了在试验杜瓦成功实现超导磁体正常运行的真空调试与检漏实践。
17.非圆截面大型全超导托卡马克装置是我国九计划的国家大科学工程项目。大型超导磁体机是该磁约柬聚变装置的心脏部件之迓于容枳为17，1低温杜1内的磁体小机山4.51液氦冷却的纵场卞磁体极向场卞磁体和80冷氦气制冷的隔热屏及构成各分系统的低温回路组成，其部件包拈约40，长的超导线0忙，121戈圈数个绝缘产及各分系统的管材和阀门等。低温杜瓦外侧是阻隔大气环境的真空外壳，内侧为盛有硼化水的夹层的外壁夹层的内壁为等离子体物理实验的主真空室壁。为了保证超导磁体主机在超导临界温度4.51下正常运行，在低温杜瓦空间达到所要求的真空水平是为关键的条件之。
木文给出了超导磁体低温杜1内的真空度指标，分析了低温杜瓦内的真空状况，对影响真空指标至关重要的磁体主机氦泄漏漏率作了计算，介绍了在试验杜瓦成功实现梭拟超导磁体正常运行的真空与检漏实践。
1超导磁体低温杜瓦真空度指标与真空状况分析对于大型绝热低温容器，真空设计指标的基本考虑是以把空间气体的热传导损失减少到低限度为准则。当容器的真空度小于10吁；1时气相气体多，其总传热将不随气压而改变。
与170相似的美国的超导托卡马克装置丁，超导磁体低温杜瓦24采叫2赛以220，复合型分子泵为主的级串联式抽气机组，在低温运行时的真空指标定为1.31国际合作的聚变反应堆装置，在超导磁体低温杜瓦低温运行时的真空指标定为根据17运行经验，极限真空在低温下为4，10，1.
目前71超导磁体低温社瓦设计的真交指标在低温运行时定为1父10.
现对超导磁体低温杜瓦达到上述真空指标的真空状况作以下分析。超导磁体低温杜瓦在真空抽气作用的动态条件下，压强随时间变化可由下述方程各种材料的总放气率和+状态的物质对低温杜瓦对于大型超导磁体杜瓦结构，由于内面积与空间比过大且内部存在大量的绝缘材料，使得材料当大的部分，放气量使得杜瓦内只能达到软真空水平。如町7装置外低温杜瓦真空在常温状态下只能达到83.此，残余气体分析明水汽分压约占总气载的九十6.常温条件下的动态平衡压强为泵所能达到的极限真空，此项可忽略。
随着超导磁体进入降温阶段，占主要气载的放气率将逐步降低，使由内部材料放气产生的空间气载降低到超高真空范围。如冷温材料中的水汽饱和蒸汽压在8，1；温度时为；氮气和氢气在液氦温度时分别为1和10.因此，在给定的宁抽气系统的抽气能力下，获得杜瓦低温工作齐机运行，的动态衡压，为冷面对各种气体的有效抽速。根据大型超导磁体杜瓦的特点，大允许总漏率应分别从外部大气压下方而来考虑。
由外部壳体的焊缝和结合部位的密封处漏入杜瓦的气体是空气，其主要组分是氮氧氩和水蒸汽。
这些气体分别在磁体和氮屏之间处于1204的深冷温区内均能被有效地冷凝固化。在室温295下漏率为3，的空气漏率等效于分子数，12的低温冷面吸附，假设凝聚几率为形成1个单分子层需要208时间。若换算成厚度，冷面吸附气体的厚度，长违度为，1对于7口超导磁体系统，仅线圈盒的有效液氦冷凝面积就达1001以上。其吸附气体的厚度增长速度可小于10，几个月运行周期，结霜厚度对磁体产生的热负荷可忽略不计。另外，空气中的氦气体积含量为0.524，103，而在室温下漏率为10，的空气漏率其氦气所的分额也只打5.24※□装置在概念设计阶段给出杜瓦在室温大气下的外壳总漏率为48因此考虑到17，低温杜瓦外部壳体在结构上大而复杂和经费的原因，外部空气泄漏的大允许漏率定在0.5，181范围为宜，从真空工程角度上也是可以达到的。
由主机内部泄漏而进入杜瓦低温真空空间内以氦为主要的气相气载，只能靠外部抽气机组抽除。即使小的超标泄漏。用增设真空泵数目提，抽速的方法抽除氦泄漏气载，也是不经济的，并受到整个装置结构空间的限制。主机内部的冷质氦超标泄漏会破坏杜瓦内的真空环境，使超导磁体主机尤法正常运行，甚至带来毁坏性恶果。对磁体主机总氦泄漏，严格控制在允许漏率范围内，会充分发挥磁体主机的4.2反液氦冷面和801冷屏低温抽气作用的优势，即使合理放宽外杜瓦外部空气和水质泄漏指标，也能获得良好的真空环境，保证超导磁体主机可靠高安全长时促斤。因此，系统的气密性即漏中。是研制超导磁休主机成功的个心键忭的工祝技术指标。
2磁体主机氦泄漏漏率的计算磁体主机在实际工作状况条件下由内部氦泄漏而造成对低温杜瓦真空空间的氦气载，其氦总漏率由下式计算抽违。
1丁巳装进为保持杜瓦内在低温运行期间的真空度，4，采用5台低温栗内设活性碳涂敷面抽除杜瓦内的氦气载，对氦的总有效抽速为5，8要求在低温运行期间的氦总漏率为内3.丁几装置采，几套印1500型涡轮分子泵机组抽除低温杜瓦内的氦泄漏率为2.5父1017.每平方米冷面吸附的平均单分子瓦低温运行下的真空度定为1父3时，磁体主但在由涡轮分子泵机组作为对磁体主机，泄，汽载的主要抽穴手段考虑到由于涡轮分子泵抽气特性即对轻质量气体的压缩比低对氮的压缩比为109，而对氦的1缩比仪为103，分子泵机组在给定的前级压强通常为10兮幻下，对氦的极限压强也只能达到⑴卞在杜瓦内的氦分压与分子栗所能达到的，的极限祝强相同的情况民尽管分子栗对氦的抽速与氮抽速接近相同，但氦在分子泵抽气作用下会存在着严重的逆扩散反流，与氮相比对，的实小抽除性能将人为降低。因此抑71装置磁休卞机，工程上磁体主机的氨总漏率指标要比上述的总漏率指标低个数量级即为35由于磁体主机运行中的氦泄漏的特点即为高压低温和内受压力向真空环境方向的氦泄漏，与常压常温和外受压力向真空环境的氦泄漏的特点很不相同，其漏率也大得多。因此在主机研制的防漏设计工艺和具体的检漏过程中要予以高度重视。现作如5估算。
鉴于主机内部的冷质氦的泄漏其实际漏率大部分处于粘滞流范围，漏率可由下式合出，为真个环境压强为常数为粘滞系数山干，户，故5式为由6式可知，随着压强增大，漏率按压强的平方而增人13于粘滞系数正比于温度的12+5次方8故温度降低，漏率增大。
境泄漏的漏率为因此，同种气体向真空环境泄漏，高压低温条件下的漏率与常压常温条件下的漏率的换算关系上述的总漏率是指气态氦下的总漏率。液态氦质量等修正，故相当复杂。根据相关资料，在相同的1个大气的压差下液氦的漏率约为室温下的氦气的翻率，倍但巾个偏孔的漏率小于此。
在主机分系统防氦泄漏设计中。笮件如单条焊缝漏率设计指标4能超出检仪实际小可检漏率，应考虑增加级3力，来控制漏丰设计指标。例如瑞士有关公司对我们送去的超导磁体测试样品的岔性指标定为在磁体内充化个气压部抽真空的条件下的总漏率为爪3在主机分系统防氦泄漏设计中，应考虑到冷漏问，根据相关资料，冷漏90发生在80以下低温区；美国，け公司检漏规范规定，低温容器的每条焊缝均用氦质检漏仪检漏，不允许有大于4 3过171；超导磁体试验杜瓦真空调试与检丁7.超导磁体试验杜瓦足大的用于测试财7超导磁体性能的装置。杜瓦容积约50内径3.5.局61.外壳由壁以141的不诱钢圆茼和下球型封头焊接而成。两对氟橡胶圈密封型的大法兰将茼体分成中下段。杜瓦内部装有试验超导磁体的企，低温系统包括超导磁体运行润轮分子泵机组作为高真空阶段的主抽气机组，两套抽速为600178的罗茨泵与701的机械泵串联式结构的抽气机组作为低真空阶段的粗抽机组；杜沉与抽机组连接的管逍上装有真空测量规管和34；200型残余气体分析器各抽1机组附有检漏接可连接。抑230型氦质谱检，义。
ffl2真空系统意对实验杜瓦低温系统的液氦回路进行氦质谱检漏基本步骤分为对单部件如绝缘子接头低温阀门等庄作常温与液氮温度反夂锻炼心单部件内抽空用氦质谱检漏仪检漏，发现有漏率超标的部件及时修复成替换；对液氦回路分段检和总检前的检漏采用吸枪正压氦质谱检漏，系统内打至额定氦正压，对外侧焊缝用钔箔包裹。保持约1小，6用吸枪检漏。后的总检采用系统置入杜瓦内，抽空砭系统内打至颔定工作氦正压用；质谱检漏仪检漏。总试验杜瓦80冷屏通液氮制冷。液氮回路的检漏由于前期工作做得不够细致，后的总漏率为3爪3回路内充1个气压和室温下。
在封装实验杜瓦后，进行首轮磁体测试实验耳合总调。在两分于泵机组抽气下，常温时的真空度为43，原位质谱分析明几乎都水汽杜瓦中载时常温状态下抽气。真空度为5父3经过纪罩检人穴对外壳泄漏的总漏率lV`Pa，in3，s，杜瓦内邰的试骑超导磁体的全赵低温系统气密性检测过程包拈各分系统的笮部件检漏分段总检和后的总检。检漏方法基本上根椐条件模拟或接近模拟实际工作状况采1！充以法检偏。试验杜瓦磁体主机检漏工作包括0超导线1下磁体线圈盒801冷氮屏各磁休的连接接头及绝缘子和低温回路的单检分总检和总检。检漏过程简述如超导休导线，0结构是山细芯多股超导；线材穿入4261.5不锈钢竹材挤座成20.5，1的方型的结构。中件超导线圈约600，1长。
导管是由⑴长的管材组焊而成对超导线圈的漏率检测方法站氮质谱充压真，检漏并在管材组焊前对管材和在竹材组焊过程中对中条焊缝进行光扪片和超声波探伤检测。质谱检漏步骤分为竹材内充正压氦气，外抽空检漏，以检测管材的材料气密管材组焊过程中对单条焊缝进行检漏。管材内充1.5个压的氦气。外部用真空工装罩住焊缝抽空检漏；单件导线后进行总检，单件导线线圈放入试检真空界器抽空13.用迟在真空容器离阁3.降温开始初期由于水汽分压随温度降低而减少，真空度提高至3父3.在液氮回路加到大工作压力时，真空度突然变坏至8谱田质童ami检漏仪远处的标准漏孔标定检漏仪实际可检漏率达标后，内充压20个压，进行检漏，单件导线线圈质量amu磁体主机氦泄漏的总漏率可由静态升压法计算。在关闭杜瓦与抽气机组的连接阀门后，用极质切浪监测，分肋，间的上几速率阁6，在磁体上机，路知乃为1.4压时，静态升压净值户为父⑴卞静态介压时间，为。杜虻休积为兄计算得磁体，机闱泄漏的总制4结论对大型超4磁体低温真空容器。磁体主机系统量控制点，必须充分予以高度重视，在加工制造过程中严格保证系统部分的气密性指标。
率指标基本上达标。为试验超导磁体正常运行提供了良好的真空浪件在汗17超导磁休试验杜瓦首轮联合调试过程中，模型超导磁体长期处于稳定只丁71超导磁体试验杜瓦的真空和检漏实践为町7低温杜瓦的真中获得和大型超磁体主机的检漏工作加深了认识，积累了经验。在全面开展1下7大型超导磁体的检漏工作过程中应特，注意完善以下两点。
①超导磁休主机的些特殊部件和在总装过程中少数必须在现场施焊的接头⑴要用吸枪法检漏。由于空气的氦浓度和逆扩散型氦质谱检漏仪的检漏真空差，限制了检漏仪的小可检漏率103 13应采取相应的方法提高吸枪法检漏的灵敏度，除累积法131和在被检空间用纯氮置换空气外。应考虑在吸枪4检漏仪连接处可串联个吸附闱或尤活性碳的低温用以提高检偏仪的从需建立个小型的低温检漏装置，用于分系统单部件绝缘子阀门等在低温和正压条件下进行检漏。
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