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高能粒子加速器磁铁的冷却水测试
发布时间:2022-10-08点击量:181

高能同步辐射光源(HEPS),是高能粒子加速器,是国家“十三五”重大科技基础设施项目之一,是中国科学院怀柔科学城的核心装置,凝集了数千名科学家的智慧,使中国继美、欧、日、德之后,跻身为世界五大高能同步辐射光源所在地,预计2025年底验收并投入运行。从高空俯瞰,HEPS整体建筑形似一个放大镜,设计寓意为探索微观世界的利器。

HEPS光源.jpg

高能同步辐射光源建成后,将成为中国首个第四代同步加速器,它将使用更先进的“多弯消色差透镜” 的磁铁阵列,从而获得更大亮度的光束。高能电子束在近3000块磁铁的作用下,产生亮度远远超过普通灯泡万亿倍的X射线,用于探究纳米级的物质结构奥秘。

高能同步辐射光源大量采用超高梯度四极磁铁及二、四极组合磁铁, 新一代光源对磁铁磁场一致性的要求非常高, 对磁铁的加工、装配和测量等各个环节都提出了极高的要求。

HEPS光源研制的80T/m的超高梯度四极磁铁.jpg

同步辐射光源启动和运行时需要消耗大量电能,其中绝大部分电能最终转变成热能,造成加速器和电子储存环上的设备温度升高,进而影响束流轨道,最终影响储存环外侧实验线站上的科学研究。因此,为保障同步辐射光源的可靠性和稳定性,同步辐射装置中配置了精密水冷分配和监测系统。

在安装之前,磁铁系统的工艺测试非常重要,每一块弯转磁铁、四极磁铁或六极磁铁,都必须经过严密的系统工艺测试,冷却水的测试是系统工艺测试的一部分。在紧张的工期时间内,完成高能同步辐射光源建设所需的近三千块高精度磁铁的测试、准直与调试,是精密磁测实验室的重要任务。

冷却水测试完毕的粒子加速器磁铁1.jpg

长流仪器承接冷却水分配监测系统项目之后,组织技术人员与用户深入沟通,制定了详细的技术方案,圆满完成了首批的非标定制任务。2016年以来,长流仪器设计制造的专用磁铁测试工艺的冷却水分配系统,6套安装于中国科学院高能物理所,4套安装于中国科学院怀柔科学城。每套冷却水分配系统可以提供5路或6路进出水回路,每路水可以独立实现开关操作和流量调节,可以允许多路水同时使用。

磁铁测试专用的冷却水分配监测系统.jpg

冷却水分配系统的总出水管及每一路回水管安装温度传感器,对水温进行连续的实时监测,测量精度优于0.1°C。每一路回水管安装流量传感器,对回水流量进行连续的实时监测,测量精度优于2%,流量传感器的量程高于各路水路的最大水流量。配水系统的总出水管及每一路回水管安装水压传感器,对出水、回水的压力进行连续的实时监测,测量精度优于2%。

冷却水分配系统的温度、流量、水压等信息实时显示在系统的显示面板上,并对以上信息的历史数据进行存储,可以通过USB下载或通讯方式转移到其他计算机上。

冷却水分配系统的各水回路具备独立的温度、流量及压力报警功能,其报警阈值可以在合理范围内进行设置。水路流量报警,对外输出报警信号,同时切断对外供电的电源。

磁铁测试专用的冷却水分配监测系统2.jpg

近几年,随着北京先进光源建设的快速推进,后续定制的多套冷却水分配监测系统,陆续投入到了紧张有序的大量磁铁测试工作中。到目前为止,配套磁测实验室的多套冷却水分配监测系统,除了每年一次的例行停机检修,一直在长期不间断运行。最早安装的数台设备,已经连续无故障运行了5年以上。

长流仪器历经二十余年的发展,拥有全系列的精密冷水机技术解决方案。针对高能粒子加速器,专业设计和制造了多种控温和恒温设备,服务于合肥、上海、北京、兰州、东莞等多个加速器项目。稳定可靠的技术能力,满足了多种场景的应用需求。

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