多層絕熱無液氮保護金屬實驗液氦杜瓦瓶的研製

由我們(men) 研製的幾種表明，將多層絕熱結構應用於(yu) 低溫液氨實驗杜瓦瓶，代替液氮保護，可以得到良好的效果.我們(men) 研製的口徑為(wei) 中120mm、中150mm、中200min， 內(nei) 膽容積分別為(wei) 10升、27升、38升，用鋁箔和玻璃纖維紙作多層絕熱結構的液氦杜瓦瓶液氦平均蒸發率分別為(wei) 100毫升/小時、120毫升/小時、180毫升/小時，適於(yu) 低溫實驗室推廣使用.另一個(ge) 口徑為(wei) 中120mm，內(nei) 膽容積為(wei) 10升，用噴鋁滌綸薄膜和兩(liang) 個(ge) 銅屏作多層絕熱結構的液氨實驗杜瓦瓶已使用六年，液氨蒸發率小於(yu) 200毫升/小時，在該杜瓦瓶夾層中放有八個(ge) 銅-康銅熱偶溫度計，提供了有關(guan) 屏溫分布的參考數據.

引言

一^、由於(yu) 玻璃杜瓦瓶受容積、形狀等因素的限製及其易破碎的弱點，在低溫實驗室中，它勢必大部分要被金屬杜瓦瓶所代替.一般杜瓦瓶是一個(ge) 雙壁容器，壁麵鍍銀或拋光，夾層抽成高真空以盡量減少輻射漏熱和氣體(ti) 傳(chuan) 導漏熱的影響，而液氦杜瓦瓶，由於(yu) 液氦的蒸發潛熱特別小，因此，對絕熱要求特別嚴(yan) 格.否則達不到長期保存液氦的要求.十年前的金屬液氦容器常采用高真空絕熱並加液氮保護，使對內(nei) 壁的熱輻射由室溫減到液氮溫度.由於(yu) 要加液氮容器，不但使得其結構和製作工藝複雜，增加了容器的重量和體(ti) 積，並且在使用時要經常注入液氮而十分不方便.六十年代，國外采用了多層絕熱結構無液氮保護的液氫貯槽，充分利用了液氦冷回氣來冷卻多層結構代替液氮保護，使得液氦杜瓦瓶的日蒸發量隻有1%左右.代替液氮保護的多層結構可采用多層噴鋁滌綸薄膜或鋁箔和絕熱材料等方式做成。如果多層結構的橫向熱阻盡可能大，縱向熱導盡可能好，就能把其吸收的輻射熱盡可能的傳(chuan) 到杜瓦瓶上端，被蒸發的冷回氣帶走而不至於(yu) 橫向傳(chuan) 到杜瓦瓶的下端，造成液氦的大量蒸發.一般說來，實驗用的金屬液氦杜瓦瓶做得比較長，因而無論是噴鋁滌綸薄膜或鋁箔結構，其縱向熱阻都較大，可造成杜瓦瓶底部與(yu) 頸部有近百度的溫差.同一原因，也可能使液氦杜瓦瓶的預冷時間較長.杜瓦瓶的使用情況不同於(yu) 貯槽.貯槽在較長的預冷時間後可以長期處於(yu) 貯存液體(ti) 的低溫狀態，故並不帶來多少不便之處；對實驗用的杜瓦瓶，僅(jin) 在實驗時才貯存氦液.因此，頻繁的需要從(cong) 室溫很快地冷到低溫.較長的預冷時間就會(hui) 帶來很多不便.因而如何減小多層結構的縱向溫差，縮短預冷時間，使多層結構能用在實驗杜瓦瓶上代替液氮的保護作用，是一個(ge) 很值得研究的問題.根據工作的需要，近年來我們(men) 研製了幾種實驗用金屬液氦杜瓦瓶，使用情況表明效果良好.

二、結構和實驗結果

圖1足采用鋁箔和玻璃纖維紙絕熱材料作多層結構的金屬液氦杜瓦瓶.這個(ge) 杜瓦瓶內(nei) 膽法蘭(lan) 是為(wei) 配合超導磁體(ti) 的使用而研製的，故口徑較大.它一密封橡皮圈一外膽法蘭(lan) 由內(nei) 膽(由壁厚0.5mm，直徑中200mm，長1200mm的哈通無縫鋼管製作.)，外膽(由厚2mm，長1300mm的_抽氣不鏽鋼板卷繞氬弧焊成，直徑310mm.)，內(nei) 膽底(由厚10mm的不鏽鋼板做成.)，外膽底(由厚14mm的不鏽鋼板做成)，內(nei) 膽法蘭(lan) 和外膽法蘭(lan) (由厚12mm的不鏽一真空表接口KL**定調銀焊做成，直徑d260mm，長1000mm.)，固定圈(由厚

5mm紫銅板車成，其上打有中6抽氣孔24個(ge) )，密封橡皮圈，可拆卸閥抽氣口，真空表接口等部分組成.在設計這一杜瓦瓶時，我們(men) 特別考慮了下麵三個(ge) 問題：(一)，要求拆卸、維修和檢漏方便.國外使用的金屬杜瓦瓶和貯槽很多是把內(nei) 外膽氬弧焊接、如一旦發生夾層漏氣，則必須把外膽鋸開才能維修，使得維修極不方便.也曾有人改用法蘭(lan) 連接，用金屬圈(金、銀內(nei) -銅外二二.內(nei) 膽底一活性碳-外膽底p200杜瓦瓶結構示意圖或無氧銅圈等)作為(wei) 密封圈，這又增加了維修費用.在設計本杜瓦瓶時，我們(men) 把內(nei) 外膽改用法蘭(lan) 連接，用真空橡皮圈作為(wei) 密封圈.以後的實踐證明，隻要上下法蘭(lan) 與(yu) 橡皮圈配合得好，即使在*快輸液情況下，也是安全可靠的.此外，為(wei) 了防止長時間微量漏氣造成夾層真空度不好，我們(men) 在該杜瓦瓶上采用了可拆卸閥抽氣口裝置來代替錫管密封，因而可以方便地對夾層進行抽空處理.經過上述考慮後，使得本杜瓦瓶在檢漏和拆卸修理時非常簡單方便.

(二)，減小縱向溫差和預冷時間.我們(men) 采用厚約25pm的鋁箔作防熱輻射屏，其熱導雖然比噴鋁滌綸薄膜好很多，但由下述圖3的杜瓦瓶的銅屏溫度分布的測量可知，隻用這種鋁箔作多層結構仍可能造成較大的縱向溫差.為(wei) 此我們(men) 在第八固定圈上裝有厚為(wei) 1mm的銅防熱輻射屏.它的作用有兩(liang) 方麵：當杜瓦瓶進行預冷吋，隻要灌入的液氮麵高到這個(ge) 固定圈附近，銅屏就能達到液氮的溫度，這就大大加快了多層結構的鋁箔和玻璃纖維紙的冷卻速度，縮短了預冷時間.實驗證明，隻要在輸液氦前八小時左右進行預冷，液氦杜瓦瓶