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液氦温区低温吸附抽气性能研究

汪明明  
【摘要】: 中性束注入器(Neutral beam injector, NBI)是产生高能中性粒子束并输送至聚变装置以有效加热等离子体的设备,中性束注入一直是聚变研究的一个热点问题。随着注入束功率的提高,NBI要求低温真空系统对氢的抽气能力应达到104—106L/s,中性束注入器真空系统性能关系到束传输效率的高低,并且影响到整个束线内部其它部件的使用寿命与安全。文章基于低温吸附理论,在研究分析液氦温区低温冷凝抽气特性的基础上,研究了液氦温区低温吸附抽气性能,提出了添加活性炭吸附剂的方法,提高了对氢及其同位素气体的稳定大抽速的能力,可以实现NBI稳态运行的要求。 研究分析了各种吸附剂结构及其性能,基于BET方法和HK孔径分析模型测试分析了四种活性炭的性能参数,通过数值计算与数据拟合得出C2型活性炭比表面积、孔容积以及孔径分布分别为:837.17cm2/g, 0.4396 cm3/g,小于7.63埃的微孔占80%以上。 根据NBI低温吸附抽气系统在10-3Pa量级稳定大抽速的要求,应用研制的液氦低温吸附性能测试系统,进行了C2活性炭液氦温区吸附抽气性能的实验,研究分析了本底气体、进气流量以及吸附质气体对低温吸附特性的影响因素,通过实验数据处理与计算得出:表面粘结C2型活性炭的低温抽气系统在10-3Pa量级内对氢气的比抽速达到4.5L/s·cm2,能满足稳定真空压力下,NBI稳态运行时抽气速率的要求,达到了预期研究目标。为进一步研究液氦温区低温吸附抽气性能、设计研制NBI用液氦低温吸附泵提供了理论依据。


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