【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于氢靶测量领域，尤其是涉及一种氢靶氢液化和液位测量的装置及方法。
技术介绍
1、液态或固态氢靶广泛应用于各地的核机构，液态氢靶内部充满液氢，因此需要为其提供绝热环境，并未其提供冷量以维持氢靶内部液位。
2、关于氢靶的研究可参考2014年发表的论文“the prespec liquid-hydrogentarget for in-beam gamma spectroscopy of exotic nuclei at gsi”以及2023年发表的论文“strasse:a silicon tracker for quasi-free scattering measurements atthe ribf”。
3、由于氢气的易燃易爆性质，处于安全考量，氢靶的设计都比较小，其内部所能承载的液氢量小。又由于氢靶周围遍布传感器，为了避免电磁干扰，无法直接在氢靶上安装温度传感器及液位计以确认其内部液氢液位，只有在液氢完全充满氢靶的前提下，测试实验才能继续进行。
4、若通过增加观察窗的方式用来确定氢靶内部的液氢液位，开窗位置距离氢靶的位置无法做到靠近，观察效果差，同时观察窗无可避免的会造成氢靶的真空绝热系统漏热量增加，可能会造成氢靶内部液氢无法继续维持液态。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种氢靶氢液化和液位测量的装置及方法，可以实现小型化氢靶在无法安装温度传感器及液位计时的液位测量问题，同时保证系统运行时的安全性。
2、一种氢靶氢液化和
3、所述的低温冷凝器设置在低温冷屏内部，gm制冷机的一级冷头和二级冷头伸入恒温腔体后分别与低温冷屏连接和低温冷凝器连接；
4、所述氢靶的进口与低温冷凝器的下液管出口连接，所述氢靶出口与低温冷凝器的升气管进口连接；
5、所述低温冷屏的底部装有低温热沉，所述低温热沉与升气管之间接触传热；所述的升气管在靠近冷屏热沉的位置设有一号温度传感器，在靠近氢靶的位置设有二号温度传感器；
6、通过gm制冷机冷却低温冷凝器，使其内部氢气液化，并在重力的作用下沿下液管进入氢靶内部，并在氢靶内积累；氢靶内部蒸发的氢气延升气管回到低温冷凝器内继续液化，实现氢气循环；同时，通过布置在升气管上的两个温度传感器判断氢靶内液氢液位。
7、进一步地，所述的恒温腔体上连接有腔体抽空管道、腔体回温进气管道和氢靶回温进气管道；
8、其中，在恒温腔体外侧，腔体抽空管道连接至抽空总阀，腔体回温进气管道连接至氮气储罐，氢靶回温进气管道连接至氢气储罐；在恒温腔体内侧，氢靶回温进气管道顺次连接低温冷阱、低温冷凝器；所述低温冷阱安装与低温冷屏上，低温冷阱上设有三号温度传感器。
9、进一步地，所述氢气储罐的出口通过氢气储罐减压阀后连接至总进气管道，总进气管道依次连接进气总阀、氢气质量流量计后分为第一进气支路和第二进气支路，其中，第一进气支路连接氢靶回温进气管道；
10、所述氮气储罐的出口通过氮气减压阀后分为第一氮气支路和第二氮气支路，其中，第一氮气支路与第二进气支路之间通过二号氮气进气阀连接，第二氮气支路通过一号氮气进气阀与腔体回温进气管道连接。
11、进一步地，所述的总进气管道装有二号安全阀、三号安全阀、进气压力传感器、进气旁通阀；
12、其中，二号安全阀安装于质量流量计与二号氮气进气阀之间，三号安全阀安装与进气总阀与氢气储罐减压阀之间，进气压力传感器安装于二号安全阀与氢气质量流量计之间，进气旁通阀通过管路短接进气总阀与氢气质量流量计。
13、进一步地，所述升气管的出口分为第一升气支路和第二升气支路，第一升气支路通过升气控制阀与低温冷凝器连接，第二升气支路延伸至恒温腔体外侧后分为第一出气支路和第二出气支路；其中，第一出气支路通过一号旁通阀连接至氢靶回温进气管道，第二出气支路连接腔体回气管道，腔体回气管道经过出气总阀后与缓冲罐抽空阀进口合并连接至缓冲罐；缓冲罐抽空阀的出口连接至抽空总阀。
14、进一步地，所述缓冲罐的出口连接缓冲罐出气管道，缓冲罐出气管道经过缓冲罐止回阀后分为第一出口支路和第二出口支路，其中，第一出口支路通过氢气储罐回气总阀与氢气储罐连接，第二出口支路与缓冲罐抽空阀的进口连接。
15、进一步地，所述的恒温腔体上设有腔体止回阀，腔体止回阀、二号安全阀和三号安全阀的出口合并至安全阀出口总管道；安全阀出口总管道一端连接排空阀，另一端通过缓冲罐隔离阀连接至缓冲罐。
16、一种氢靶氢液化和液位测量的方法，使用上述装置，具体过程如下：
17、首先，检查真空腔体和各个管路，确认无泄流后进行抽真空，当真空机组泵口处真空度优于1×10-9pa，依次关闭缓冲罐抽空阀、真空腔体抽空阀、抽空总阀；
18、关闭一号旁通阀、进气旁通阀、出气总阀，开启gm制冷机开始降温；当三号温度传感器温度＜80k，调节氦气储罐减压阀并同时观察进气压力传感器反馈的系统内部压力，使其维持在1.01-1.05bar，等待氢气液化；
19、液化一段时间后，液氢在氢靶内部累积，液位上升；采集一号温度传感器与二号温度传感器的值，并定义t＝t1-t2；
20、每隔一段时间对t取一次值，当t的值＜预设值t0，且在持续一段时间t内仍然满足t小于t0，则液氢充满氢靶。
21、优选地，预设值t0为0.1～0.3k，t为2～5min。
22、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
23、1、本专利技术通过在恒温腔体内设置gm制冷机、低温冷屏、低温冷凝器和氢靶，配合低温冷凝器和氢靶之间的升气管和下液管实现氢液化，同时通过对升气管上两个温度传感器差值的测量，在无法使用液位计及开窗观察的情况下，巧妙的实现了液氢充满氢靶时的自动测量。
24、2、本专利技术通过设置缓冲罐、缓冲罐止回阀实现系统内部压力过高，安全阀动作时系统内部氢气压力的自动平衡，增加系统安全性及可靠性。
25、3、本专利技术通过设置缓冲罐、腔体止回阀实现真空腔体内部管路泄露时，氢气可以自动流回缓冲罐并最后平衡系统内部氢气压力处于安全范围之内。
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1.一种氢靶氢液化和液位测量的装置，其特征在于，包括恒温腔体(1)以及安装在恒温腔体(1)上的GM制冷机(8)；所述恒温腔体(1)的内部设有低温冷屏(2)、低温冷凝器(10)和氢靶(5)；
2.根据权利要求1所述的氢靶氢液化和液位测量的装置，其特征在于，所述的恒温腔体(1)上连接有腔体抽空管道(39)、腔体回温进气管道(43)和氢靶回温进气管道(44)；
3.根据权利要求2所述的氢靶氢液化和液位测量的装置，其特征在于，所述氢气储罐(7)的出口通过氢气储罐减压阀(37)后连接至总进气管道(41)，总进气管道(41)依次连接进气总阀(29)、氢气质量流量计(47)后分为第一进气支路和第二进气支路，其中，第一进气支路连接氢靶回温进气管道(44)；
4.根据权利要求3所述的氢靶氢液化和液位测量的装置，其特征在于，所述的总进气管道(41)装有二号安全阀(26)、三号安全阀(30)、进气压力传感器(27)、进气旁通阀(28)；
5.根据权利要求4所述的氢靶氢液化和液位测量的装置，其特征在于，所述升气管(4)的出口分为第一升气支路和第二升气支路，
6.根据权利要求5所述的氢靶氢液化和液位测量的装置，其特征在于，所述缓冲罐(6)的出口连接缓冲罐出气管道(46)，缓冲罐出气管道(46)经过缓冲罐止回阀(36)后分为第一出口支路和第二出口支路，其中，第一出口支路通过氢气储罐回气总阀(35)与氢气储罐(7)连接，第二出口支路与缓冲罐抽空阀(15)的进口连接。
7.根据权利要求6所述的氢靶氢液化和液位测量的装置，其特征在于，所述的恒温腔体(1)上设有腔体止回阀(19)，腔体止回阀(19)、二号安全阀(26)和三号安全阀(30)的出口合并至安全阀出口总管道(42)；安全阀出口总管道(42)一端连接排空阀(25)，另一端通过缓冲罐隔离阀(32)连接至缓冲罐(6)。
8.一种氢靶氢液化和液位测量的方法，其特征在于，使用权利要求7所述的装置，具体过程如下：
9.根据权利要求8所述的氢靶氢液化和液位测量的方法，其特征在于，预设值T0为0.1～0.3K，时间t为2～5min。
...【技术特征摘要】
1.一种氢靶氢液化和液位测量的装置，其特征在于，包括恒温腔体(1)以及安装在恒温腔体(1)上的gm制冷机(8)；所述恒温腔体(1)的内部设有低温冷屏(2)、低温冷凝器(10)和氢靶(5)；
2.根据权利要求1所述的氢靶氢液化和液位测量的装置，其特征在于，所述的恒温腔体(1)上连接有腔体抽空管道(39)、腔体回温进气管道(43)和氢靶回温进气管道(44)；
3.根据权利要求2所述的氢靶氢液化和液位测量的装置，其特征在于，所述氢气储罐(7)的出口通过氢气储罐减压阀(37)后连接至总进气管道(41)，总进气管道(41)依次连接进气总阀(29)、氢气质量流量计(47)后分为第一进气支路和第二进气支路，其中，第一进气支路连接氢靶回温进气管道(44)；
4.根据权利要求3所述的氢靶氢液化和液位测量的装置，其特征在于，所述的总进气管道(41)装有二号安全阀(26)、三号安全阀(30)、进气压力传感器(27)、进气旁通阀(28)；
5.根据权利要求4所述的氢靶氢液化和液位测量的装置，其特征在于，所述升气管(4)的出口分为第一升气支路和第二升气支路，第一升气支路通过升气控制阀(11)与低温冷凝器(10)连接，第二升气支路延伸至恒温腔体(1)外侧后分为第一出气支路和第二出气支路；...
【专利技术属性】
技术研发人员：段洪娇，姜思敏，
申请(专利权)人：浙江紫明低温科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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