Диссертация (1025195), страница 18

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 18)

График понижения температуры в Дьюаре во время откачки отвремени (рабочий эксперимент, термометр №4)Нагреватели выведены на общее табло, предполагается использовать 2источника питания на 3 нагревателя (в итоге использовали 2, фонтан-насос невключали):- R1 95 Ом- нагреватель в кубе;- R2 10,5 Ом - фонтан-насос;- R3 10 Ом- нагреватель К2 (внешний).Точность регистрации температуры:- в диапазоне температур от 1,6 до 2,5 К ±0,02 К;- в диапазоне температур от 2,5 до 80 К ±0,2 К.Провода нагревателей выдерживают силу тока 1 А.Предварительно рампа была под вакуумом до 2,84 Па, К1 и К2 подизбыточным давлением от 1,5 до 2 бар.Вентиля сильфонные — внутренний объем открытого — 7 мл, закрытого— 4 мл (по 2 мл с каждой стороны при закрытом вентиле).Дьюар изначально залит на 860 мм от верхнего фланца.142При учете испарившегося гелия из Дьюара учитывался подпиточный газдля вакуумного насоса и испарение Дьюаров в цеху.

На момент эксперимента вцеху было 7 250-ти литровых и 2 500-т литровых Дьюаров с жидкостью. Припаспортной испаряемости 1,5 % в сутки количество испарившейся из нихжидкости составит 1,7 л/час (1,275 нм3/час). В качестве подпиточного газавначале использовался гелий марки «А» (для сохранения откачиваемых сбольшим расходом паров и поддержания их чистоты, позже анализ баллонов срампы показал соответствие в них гелия марке «А») с расходом 35 нл/мин(2,1 нм3/час) вначале и при закрытом газобалласте 15 л/мин (0,9 нм3/час).

Последля достижения более глубоко вакуума и, соответственно, более низкойтемпературы в Дьюаре в качестве подпиточного газа был воздух (из заводскойлинии сжатого воздуха).Мембранный вакуумный насос на рампе — MPU 405-№726.3-4.90.Измерение изменения давления в рампе (рабочий эксперимент):- за 1 мин от 23,5 мкБар до 25,5 мкБар;- за 10 мин от 23,5 мкБар до 37,7 мкБар.В пересчете на объемный расход: 0,09 мл/ч и 0,064 мл/ч.Измерение изменения давления в рампе (без К1, К2):- за 1 мин от 29,6 мкБар до 33,8 мкБар;- за 10 мин от 29,6 мкБар до 42,2 мкБар.В пересчете на объемный расход: 0,083 мл/ч и 0,025 мл/ч.Измерение изменения давления в рампе полностью в сборе на «теплую»(после продолжительной откачки 3-4 часа):- начальный вакуум PрЭ 4 т0  2,35 Па ;- за 1 минуту t1  1мин PрЭ 4 т1  2,55 Па ;- за 10 минут t10  10 мин PрЭ 4 т10  3,77 Па .Объем рампы до В8 (с учетом компоновки эксперимента):22V1Э 4    3,5 мм  470 мм   1мм  5400 мм  87см 3  5 2см 3  101,1см 3 (3.88)Объем рампы после В8 (с учетом компоновки эксперимента):14322V2 Э 4    3,5 мм  230 мм   1мм  3100 мм  37см3  32см3  45,6см 3 (3.89)Суммарный объем:VрЭ 4 т  VК 2  VтК 2  VК 1  VН  VКуб  VтК 1  2Vпрс  V1Э 4  V2 Э 4  Vвл  777,8см3 (3.90)Считаем изменение давления в рампе в пределах допустимого, крупныхтечей нет:S рЭ 4 т1 VрЭ 4 т  M в  PрЭ 4 т1  PрЭ 4 т 0 t1   вну  Rг T0S рЭ 4 т10 см3 0,09часVрЭ 4 т  M в  PрЭ 4 т10  PрЭ 4 т0 t10  вну  Rг T0(3.91)см3 0,064час(3.92)Измерение изменения давления в рампе полностью в сборе на«холодную» (после продолжительной откачки 3-4 часа минимум, без К1 и К2):- начальный вакуум PрЭ 4 х 0  2,96 Па ;- за 1 минуту t1  1мин PрЭ 4 х1  3,38Па ;- З\за 10 минут t10  10 мин PрЭ 4 х10  4,22 Па ;Суммарный объем:VрЭ 4 х  Vадс  2Vпрс  V1Э 4  V2 Э 4  Vвл  339,8см3(3.93)Считаем изменение давления в рампе в пределах допустимого, крупныхтечей нет:S рЭ 4 х1 VрЭ 4 х  M в  PрЭ 4 х1  PрЭ 4 х 0 S рЭ 4 х10 Описаниеt1  вну  Rг T0см3 0,083часVрЭ 4 х  M в  PрЭ 4 х10  PрЭ 4 х 0 методикиt10   вну  Rг T0проведения(3.94)см3 0,025часэксперимента,(3.95)применительноксозданному стенду:Экспериментальная установка собирается согласно схеме (Рисунок 3.10),на рампу устанавливаются баллоны с начальной смесью гелиевых изотопов (Б1,Б2) и пробоотборники (Б3, Б4).

В начальном состоянии все технологические144вентиля открыты. С помощью высоковакуумного сухого откачного поста (NP)вакуумируется весь объем рампы и экспериментальной установки во избежаниезагрязнения продуктов разделения и возможного вымораживания компонентоввоздуха в гелиевой системе. При достижении необходимого давления в системеоткачка прекращается (закрытием В19 и В22) и измеряется скорость изменениядавления, на основании чего делается вывод о герметичности сборки иколичестве натекающего в нее воздуха в единицу времени. Значение давленияотслеживается по вакуумному конвекционному датчику Granville Phillips 375.Вакуумирование объема рамы возобновляется до начала подачи смеси вколонну (К1).После проверки герметичности установки, работоспособности всехмашин и аппаратов, криостат (Д) наполняется жидким гелием до уровня началагорловины.

Перед началом эксперимента криостат «холодный» с минимальнымколичеством жидкости. Уровень жидкого гелия отслеживается по уровнемеру итермометрам сопротивления (T2, T4), подключенным к Triton 9004T, так какхарактер амплитуды «шума» и стабильности показаний заметно отличается принахождении термометра в парах и в жидкости (за 10 минут, в жидкостиамплитуда «шума» составила 0,009 К, а в паре 0,18 К). В дальнейшем ведетсянепрерывная цифровая фиксация показаний всех термометров. Во времянаполнения пары гелия, через байпас в обход системы вакуумной откачки(NV), сбрасываются в газгольдер (Г) и при его наполнении закачиваютсякомпрессором (К) в баллоны на закачной рампе или в ресиверы высокогодавления.Вжидкомазотезахолаживается(предварительноотрегенерированный) угольный адсорбер (Ад), который предназначен длягарантированной доочистки от компонентов воздуха смеси, подающейся наразделение.После наполнения криостата жидким гелием включается вакуумныйнасос (NV), закрывается байпас (В02) и открывается вентиль основной линиивакуумной откачки (В01).

Начинается процесс откачки паров и понижениятемпературы насыщенного жидкого гелия в криостате. Давление в линии145вакуумной откачки фиксируется по стрелочному вакуумметру (МвДА). Дляпредотвращения обмерзания насоса массовый расход «холодных» паров гелияискусственно уменьшался на начальном этапе откачки частичным закрытиемвентиля (В01). По мере уменьшения массового расхода паров, и отогревавакуумной линии за счет теплообмена с окружающей средой, регулировочныйвентиль приоткрывался вплоть до полного открытия при выравниваниидавлений в криостате и на всасывании насоса. Откачка паров происходила дорасчетногозначениятемпературыжидкогогелия(соответствующегоравновесного давления насыщенных паров), затем необходимый расходоткачиваемых паров регулировался вентилем (В01) для термостатирования.Последостижениянеобходимойтемпературыпрекращалосьвакуумирование арматуры установки и повторно измерялась скоростьизменения давления для определения возможных «холодных» течей.

Начальнаясмесь из баллона (Б1) через «холодный» адсорбер подавалась в колонну (К1),где конденсировалась до момента установления давления насыщенных паровсмеси гелиевых изотопов, равновесных температуре в криостате. Затем следуетзакрытие баллона (Б1) и вентилей (В18, В21) для уменьшения «паразитного»объема и натекания атмосферного воздуха во время эксперимента.От момента наполнения Дьюара жидким гелием и до вывода колонны нарежим производится тарировка термометров сопротивления по табличнымданным о температуре насыщенного гелия в криостате, температуре лямбдаперехода и между собой.

Захолаживание установки ниже температуры лямбдапереходапозволяетосуществлятьболееинтенсивныйтеплообменвконденсаторе колонны, получить стационарное температурное поле по всемуобъему жидкого гелия в криостате и возможность временно термостатироватьмощность тепловыделений, больше расчетной, при температуре ~2,17 К за счетлокального повышения теплоемкости хладоносителя при лямбда-переходе.Давление в колонне фиксируется мановакуумметром ДМ5002М (Мв4).

Подавлению насыщенного пара в колонне и равновесной температуре придостаточном количестве смеси можно косвенно судить об относительной146концентрации 3He/4He.Включается нагревательный элемент в кубе колонны (R1), фиксируютсязначения напряжения и подаваемого тока. Дискретно увеличивается мощностьнагревателя до момента «захлебывания» колонны (неустойчивый режим иотсутствие жидкости в испарителе колонны фиксируется по показаниямтермометров T5 и T6). Выбирается рабочая мощность испарителя нижеполученного значения режима «захлебывания» и ниже значения полезнойтепловой нагрузки, определенной ранее, колонна выводится на стационарныйрежим (до момента стабилизации показаний термометров T5 и T6) без отборапродукта.Далеепоописаннойвышеметодикепробоотборапроизводитсяизотопный анализ газовой смеси из испарителя колонны (К1) с помощью массспектрометра ЭМГ 20-8.

Колонна снова выводится на режим с другой(меньшей) средней начальной концентрацией смеси по 3He и пробоотборповторяется.Критерии прекращения эксперимента могут быть следующими:- отобрано необходимое количество проб;- количество смеси в колонне стало недостаточным для образованиянеобходимого количества жидкой фракции (смачивания насадки и наполнениякуба колонны);- уровень жидкого гелия в криостате опустился ниже уровня началаконденсатора, что делает невозможным термостатирование последнего и,соответственно, работу колонны.После завершения эксперимента насос (NV) выключается, и вакуумнаялиния криостата открывается через байпас на газгольдер.

Характеристики

Список файлов диссертации