[发明专利]一种超导回旋加速器超导磁体的降温方法

说明书

技术领域

本发明属于超导回旋加速器领域，特别涉及一种超导回旋加速器超导磁体的降温方法。

背景技术

回旋加速器是一种粒子加速器，其利用磁场和电场的共同作用，使带电粒子作回旋运动，并以高频电场对回旋运动的带电粒子进行反复加速的装置。其中，超导回旋加速器是目前医用质子治疗加速器的核心设备。

医用质子治疗加速器是当今世界最尖端的放射治疗设备，其能够利用微观的质子、重离子射线治疗肿瘤，疗效显著，具有良好的发展前景和巨大的商业价值，目前仅有个别发达国家掌握并应用该技术；而我国正处于研制阶段，尚无成熟技术可供采用。然而出于商业利益等方面考虑，有关医用质子治疗加速器的许多关键技术至今未被公开，使得我国的研制工作需要对有关关键技术进行逐一突破才能得以完成。

超导回旋加速器的磁场主要由超导线圈提供，超导线圈进入超导态需要一定的低温条件，因此需要对超导磁体进行降温。然而，我国现有超导回旋加速器超导磁体降温方法其降温过程复杂、降温耗时较长，尚不成熟，因此若要实现医用质子治疗加速器的研制，就必须开发一种有效的超导回旋加速器超导磁体的降温方法。

发明内容

为解决我国现有超导磁体降温方法降温过程复杂、降温耗时较长等问题，本发明提供了一种超导回旋加速器超导磁体的降温方法。该降温方法包括以下步骤：

(一)对超导磁体抽真空，对抽真空后的超导磁体进行真空检漏；

(二)通过液氮输送管路由液氮罐向所述超导磁体内输送液氮，开启第一制冷机对输送至所述超导磁体内的液氮进行制冷，逐步使所述超导磁体内温度降至77K以下；与此同时，调节所述超导磁体的径向拉杆长度，使之与超导磁体冷缩量相匹配；

(三)排出所述超导磁体内的液氮，然后边通入氦气边对所述超导磁体抽真空，对超导磁体进行真空检漏；

(四)通过液氦输送管路由液氦罐向所述超导磁体内输送液氦，开启第二制冷机对输送至所述超导磁体内的液氦进行制冷，逐步使所述超导磁体内温度降至4.5K以下，完成所述超导磁体的降温。

步骤(一)中，所述对超导磁体抽真空的抽真空设备优选为分子泵机组。

所述分子泵机组与超导磁体之间采用波纹管连接为优选。

步骤(一)中，所述对超导磁体抽真空，要求真空度达到1×10^-2Pa为优选。

步骤(一)中，所述真空检漏要求漏率低于1×10^-10PaL/s为优选。

所述第一制冷机采用单级制冷机为优选。

步骤(二)中，所述逐步使所述超导磁体内温度降至77K以下，其温度优选为70K。

步骤(三)中，所述真空检漏要求漏率低于1×10^-10PaL/s为优选。

所述第二制冷机采用二级制冷机为优选。

步骤(四)中，所述逐步使所述超导磁体内温度降至4.5K以下，其温度优选为4.2K。

综上所述，本发明的超导回旋加速器超导磁体的降温方法采用了两段式降温，包括液氮降温过程和液氦降温过程，其降温步骤设计合理，降温时间较短，操作方便，能够在满足超导线圈冷却要求的前提下，有效节省液氮与液氦的消耗量，

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的实施方式做进一步的说明。

实施例

本发明的超导回旋加速器超导磁体的降温方法，其一种优选实施例如下：

(一)用波纹管将超导磁体的真空抽气口与分子泵机组连接在一起，共使用两台分子泵机组，用两根波纹管将其连接到超导磁体的两个真空抽气口上。开启分子泵机组对超导磁体内部抽真空并监测真空度，当真空度低于1×10^-2Pa时完成抽真空。对超导磁体进行真空检漏，要求漏率低于1×10^-10PaL/s。

(二)用液氮输液管连接超导磁体与液氮罐，将液氮输液管一端与液氮罐固定，将液氮输液管另一端插入超导磁体的输液口内。开启液氮罐阀门，由液氮罐向超导磁体内输入液氮，开始液氮降温。开启单级制冷机，共两台单级制冷机，同时开启。监测超导磁体温度，当超导磁体温度降至70K时，关闭液氮罐阀门，停止向超导磁体内输入液氮，停止单级制冷机。调节超导磁体的径向拉杆长度，防止径向拉杆受力过大，共采用4根径向拉杆。

(三)对超导磁体进行打压，排出其内部的液氮，拆掉液氮输液管，边抽真空边向超导磁体的输液口内通入氦气。对超导磁体进行真空检漏，要求漏率低于1×10^-10PaL/s。

(四)用液氦输液管连接超导磁体与液氦罐，将液氦输液管一端与液氦罐固定，将液氦输液管另一端插入超导磁体输液口内。开启液氦罐阀门向超导磁体内输入液氦，开始液氦降温。开启二级制冷机，不断将液氦降温过程中产生的氦气液化并返回超导磁体，共采用4台二级制冷机，开启其中3台，另1台备用。监测超导磁体温度，当超导磁体温度降至4.2K时，关闭液氦罐阀门，停止向超导磁体内输入液氦，完成超导磁体的液氦降温。