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热杜瓦充液氦评述

文字:[大][中][小] 手机页面二维码 2012/4/16     浏览次数:    

普通液氦储存杜瓦的日蒸发量为其标称容量的百分之一左右。这是它能达到而且 又为人们所接受的标准。例如,500升液氦杜瓦的液氦日蒸发量约4升。液氦的潜热很小,杜瓦优良的保冷性能来自它的绝热结构。杜瓦的真空夹层有极高的真空度;夹层中有用多层绝热工艺制造的保温介质包层。

室温杜瓦我们即称它为热杜瓦。给热杜瓦充装液氦,首先需用液氦将杜瓦内胆冷至液氦温度。这个过程消耗液氦,但可以回收氦气。从液氦大槽向存储液氦杜瓦导液氦,1000升约需1小时至2小时。在充液氦的时间内,夹层内的绝热包层远远未被完全冷却。我曾记录过1000升液氦杜瓦第一次充装液氦后的蒸发过程。杜瓦被倒满后记录它的液氦蒸发量。第一天,液氦蒸发50升;第二天蒸发20升;此后每天蒸发量约是8升、6升、5.5升……。开始液氦蒸发得块,越往后越慢。不同的杜瓦,拖长的时间略有差异,、后的日蒸发量都是5升左右。我们可以推测,第一天蒸发的五十升液氦中,开始的几个小时蒸发量比随后的几小时蒸发量大得多。

原来,杜瓦的金属内胆很容易冷透。杜瓦夹层中多层保温层是难以冷透的。保温性能越好的杜瓦,它越难以冷透;越难以实现保温层自身的温度分布平衡态。从以上数据可以认为,充满液氦后,热杜瓦开始几天蒸发的大量液氦是由杜瓦夹层中多层绝热包层引起的。进而可以知道,保温越好的杜瓦,绝热包层达到热平衡所拖的时间越长。因此,在条件允许的情况下,热杜瓦充满液氦后应放置尽量长的时间,以回收它蒸发的氦气和运输中少浪费液氦。

杜瓦的绝热包层的质量应是几公斤,它的冷却主要是消耗存储杜瓦中的液氦。我们可以用类比的方法估计绝热包层蒸发消耗的液 氦量。例如,将1公斤不锈钢从温度290k冷却到液氦温度需要的热量约为40升液氦的潜热。也就是说,1公斤质量的不锈钢突然掉入液氦池,等到液氦池恢复平静时,池内液氦减少了40升。如果把 不锈钢换成紫铜,则蒸发掉的液氦不足40升;如果是软铝,则蒸发掉的液氦却远大于40升。密度越小的物质,同样质量比较,它蒸发的液氦越多。由于热杜瓦的绝热包层靠消耗液氦致冷,制造保温层的物质主要是非金属薄膜或纤维,每公斤包层材料致冷消耗的液氦会远远大于40升,所以充满液氦的热杜瓦比冷杜瓦多消耗近百升液氦就是正常的了。

液氦蒸发的速率是按自然对数随时间变化的。热杜瓦蒸发的大量液氦主要是第一天,尤其是刚充满后的几个小时。我们也时常看到刚充满的杜瓦装车运输时在冒着冷氦气。

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