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CICC(Cable in-Conduit Conductor)是低温超导铠装式电缆导体。它是由不同的超导材料电缆装在密封的金属套管中,被加工成可弯曲成型的坚实导体,是目前大型低温超导磁体的首选导体。
ITER(International Thermonuclear Experimental Reactor,ITER)计划,是核聚变领域内目前全球规模最大、影响最深远的一个大科学工程项目,其目标是建造一个核聚变实验堆,验证人类和平利用核聚变能的可行性。
作为ITER装置重要部分的磁体将全部采用CICC导体结构。超导磁体运行时,CICC将是在真空环境下运行的液氦容器,如果导体有一处泄漏对整个装置来说都是致命的。为了准确探测和消除超标漏率的漏孔,需模拟接近实际工作状况的真空漏率测试方法,即采用外抽真空内充氦气法进行检漏。本文正是为该导体整体检漏用真空系统做一个全面的设计分析,以达到实际工作需要。
文章从ITER计划及其意义开始,根据ITER对所用CICC导体的基本功能要求和结构形式,系统介绍了检漏用真空系统的结构设计,对该真空室的设计和建模进行了全面阐述。同时基于有限元方法,利用CATIA和ANSYS建立真空室及其关键构件的有限元模型,分析了它在实际载荷情况下的应力和位移的响应,给出了静力分析、屈曲分析以及优化分析的结果,从而对真空室的受力状况给出了一个全面的展示。最后,在真空室结构确定以后,对真空系统做了一个理论计算和设计,从真空室放气量计算到选泵、配泵到管路设置、及抽气时间的计算作了一个比较全面的论述。该检漏用真空系统的设计与研究的结果将为加工制造高质量的CICC导体提供了重要理论支持。
文章通过对比分析与优化,最终确定的方案采用单层筒结构,其在工作压力作用下最大应力为76MPa,最大变形为0.386mm,对比于双层筒结构,相对更可靠,更安全。真空系统主泵选用16001/s的立式分子泵,所能达到的本底真空度为7.8×10-5Pa,抽气时间约为9h,满足检漏需要。