低温真空系统是中性束注入器（Neutral Beam Injector,NBI）的子系统之一,负责提供束生成与传输过程中所需真空梯度的分布环境,良好的真空环境对提高束的中性化效率和降低再电离损失有关键性作用。随着核聚变装置的不断发展,高中性化效率的负离子源中性束注入器成为未来发展的必然趋势。聚变堆负离子源中性束注入器（Negative Neutral Beam Injector,NNBI）的低温真空系统的特点是:气体负载更大、需要持续抽气时间更长、被抽气体中存在氦和存在中子辐射。基于低温吸附机理的低温吸附泵相比于低温冷凝泵拥有更优越的性能表现:极限压强更高、抽气容量更大、15K左右温度下仍然可以吸附氢气和对冷量供给波动和辐射拥有更强的抗干扰能力,因此低温吸附泵成为NNBI低温真空系统主抽气泵的最佳选择。NNBI束线真空室呈矩形腔体状,借鉴各个聚变装置上低温泵的设计经验,从便于安装和维护的角度提出了低温吸附泵采用模块化的设计思路,将泵体设计成长方体状,由8组结构相同的单元模块拼装而成,因为束流是从离子源的一端产生传输到真空室另外一端的漂移管道,所以将泵体安装固定在真空室两侧壁面,有利于吸附沿途的气体。低温吸附泵结构设计中,主要研究设计的内容包括低温阵列、冷却系统和支撑系统等,其中低温阵列的设计是首要问题,它是承担抽除气体任务的核心组件,它的设计需要考虑抽速、热负荷和加工成本等因素,结合这些因素提出了低温吸附面和防辐射挡板的结构设计以及它们之间的组合方式;泵的冷却系统设计为了改善降温效果,提出了冷却管路串联设计的思路,并采用控制阀门开度和监测液氦管路出口压差的方法分别调节和控制液氮和液氦管路温度问题;为了解决泵体与壁面和泵体内部组件和泵体内复杂组件之间固定等问题,提出泵本体支撑系统和关键组件支撑系统的设计方案。最后,理论计算了液氮管路和液氦管路热负荷,为了低温吸附泵用冷提供了借鉴和参考。冷却结构是由低温阵列组成,它的结构会影响传输几率和辐射换热。传输几率和辐射换热都是影响低温吸附泵抽气性能和运行经济性能的重要参数,其中传输几率几乎正比于抽速,而低温泵的制冷系统可以承担适当的热负荷,所以结构设计的目的是增大抽速的基础上,尽量降低辐射换热。利用基于Monte-Carlo 原理的 Molflow 软件和 ANSYS 的 Steady-Thermal 模块分析了冷却结构数、低温吸附面布置方式和结构参数（L1,L2,L3和α）对传输几率和辐射换热的影响,研究确定了冷却结构之间的区域纵横比（h1/L1）是影响传输几率和辐射换热的主要因素,并提出了在热辐射在直接入射到第三级低温吸附面的前提下,尽量减小h1/L1和α的设计原则。低温吸附面和防辐射挡板是组成低温吸附泵主要的组件,低温吸附面吸附氢气及其同位素和氦气,防辐射挡板是阻挡来自室温的热量辐射和冷却到达低温吸附面的气体分子以降低低温吸附面的热负荷。低温吸附面和防辐射挡板要在降温和加热再生的温度循环过程中,保证结构不出现泄漏的现象。为此探索了各种组件加工的工艺,提出了低温吸附面采用激光焊接工艺,防辐射挡板采用真空压力浸渍工艺的设计方案,为了验证组件上述要求,以经历温度循环的组件为实验组,没有经历的为对照组,最后用金相显微镜观察了焊缝面和浸渍面,观测结果显示温度循环并没有造成明显裂缝,证明上述工艺满足结构稳定性要求。为了验证低温吸附泵结构设计的合理性,根据国际标准设计并搭建了低温吸附泵测试样机抽气性能测试系统,研究影响抽气性能的物理因素,实验结果表明低温吸附泵具有优良的抽气性能,证明了低温吸附泵结构设计的合理性,可以满足NNBI对真空环境的要求。