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ADS注入器Ⅱ低温垂测液氦杜瓦漏热分析
ADS注入器Ⅱ低温垂测液氦杜瓦漏热分析
一、引言
低温物理是研究温度低于常温的物质性质和行为的学科。低温物理在许多科学与工程领域中有重要应用。其中，超导技术是低温技术带给我们的最显著进展之一。利用超导材料，可以制造高灵敏度探测器，用于探测弱信号或高能粒子等场合。而低温垂直测量液氦杜瓦也是低温技术中的一个重要方面。
本文将对ADS注入器Ⅱ低温垂测液氦杜瓦漏热进行分析，包括杜瓦测温原理、液氦的分类、液氦的比热容、液氦的温度测量、杜瓦漏热的计算等。
二、杜瓦测温原理
低温杜瓦测温法是一种重要的低温测量方法，它利用了一种特殊的材料，即杜瓦材料。杜瓦材料主要由钼合金、铜、镍、锌、水等组成，其中钼合金是杜瓦材料的主要组分，可以起到隔热的作用。当杜瓦材料加热时，由于钼合金的特殊性质，在杜瓦表面形成了一个一致的高温区域，这个区域的表面温度与杜瓦材料中的位置呈一定的关系。利用这种关系，可以测量杜瓦表面的温度。
三、液氦的分类
根据液氦的制备方法与热处理方式，液氦可以分为四类：一级液氦、二级液氦、三级液氦和四级液氦。
一级液氦：即自然液氦，是直接由空气压缩机冷凝而来的液态氦。一级液氦需要蒸发使之形成二级液氦。
二级液氦：是蒸发一级液氦得到的，属于热力学平衡状态。二级液氦可以用于低温试验。二级液氦需要蒸发使之形成三级液氦。
三级液氦：是二级液氦在低温条件下蒸发后得到的。三级液氦可以用于极低温度的研究。三级液氦需要蒸发使之形成四级液氦。
四级液氦：是在严格低温条件下制备的最低温度液氦，非常适合用于超导和其他低温研究。
四、液氦的比热容
液氦的比热容非常小，约为1.24J/Kg·K，是金属铝的1/50。这是因为液氦的稳定性较高，没有自由电子或分子的振动，因此热容量也较低。
五、液氦的温度测量
在低温研究中，测量液氦的温度是非常重要的工作。常用的方法有以下两种：
1.热电阻检测器：基于platinum（铂）等材料的热电阻导线可以作为一个小型温度传感器。当电流通过导线时，随温度的升高，阻值也会随之变化，从而测量温度。
2.热电对：由两种不同的材料组成的两个金属条，称作一个热电对。温度改变时，各种金属的电动势也随之改变，因此可以通过测量电动势变化来测量温度的变化。
六、杜瓦漏热的计算
在液氦低温垂直测量中，液体氦容易受周围温度影响而产生漏热。为了减少这种漏热，常用杜瓦体对液氦进行绝热包围。杜瓦泡几何模型如图1所示。
(图1杜瓦泡几何模型)
下面考虑杜瓦漏热的计算。假设杜瓦泡内的温度分布是均匀的，即它是各向同性的，那么杜瓦泡的辐射热通量可以表示为
Q1=A1εσT14(T1-T4)
其中，A1是杜瓦泡的表面积，T1是杜瓦泡的表面温度，T4是相对于杜瓦泡的环境温度，ε是环境与杜瓦泡之间的辐射系数，σ是Stefan-Boltzmann常数。
另一方面，杜瓦泡的传导热通量可以表示为
Q2=λA2(T1-T2)/d1
其中，λ是杜瓦泡的导热系数，A2是杜瓦泡的表面积，T2是杜瓦泡的内表面温度，d1是杜瓦泡的厚度。
最后，将辐射热和传导热通量相加，得到总漏热通量Q
Q=Q1+Q2
七、总结
本文着重介绍了液氦的分类、液氦的比热容、液氦的温度测量以及杜瓦漏热的计算。低温垂直测量液氦杜瓦漏热的研究非常重要，它对于低温物理领域中的诸多研究提供了技术支持。在液氦低温垂直测量中，杜瓦体对液氦进行绝热包围，可以减少漏热的影响，提高实验数据的准确性。