Сверхпроводящие технологии в ЛФВЭ ОИЯИ Ю.А. Митрофанова Лаборатория Физики Высоких Энергий Объединенный Институт Ядерных Исследований г. Дубна IV Всероссийская. - презентация

1 Сверхпроводящие технологии в ЛФВЭ ОИЯИ Ю.А. Митрофанова Лаборатория Физики Высоких Энергий Объединенный Институт Ядерных Исследований г. Дубна IV Всероссийская научно-практическая конференция «Принципы и механизмы формирования национальной инновационной системы в Российской Федерации» 3 – 4 октября 2013 г.

2 Нуклотрон Ю.А. Митрофанова, 3 – 4 октября 2013 г., Дубна

3 Кольцо Нуклотрона Нуклотрон – первый в России и третий в мировой практике ускоритель со сверхпроводящими магнитами, специально созданный для ускорения ядер и тяжелых ионов. Этот синхротрон, предназначенный для получения пучков релятивистских ядер с энергией до 6 ГэВ/нуклон, был пущен в эксплуатацию 20 лет назад в ОИЯИ в Дубне. Ю.А. Митрофанова, 3 – 4 октября 2013 г., Дубна

4 Криогенная гелиевая система Нуклотрона 4000 Вт 4,5 К В ЛФВЭ ОИЯИ с 1993 г. эксплуатируется крупнейший в России криогенный гелиевый комплекс ускорителя Нуклотрона с холодопроизводительностью 4000 Вт при температуре 4,5 К. Создание криогенной системы Нуклотрона отличалось целым рядом новых технических идей и решений, никогда ранее не применявшихся в мировой практике: Быстроциклирующие сверхпроводящие магниты, Криостатирование двухфазным парожидкостным потоком гелия, Криостатирование двухфазным парожидкостным потоком гелия, Экстремально короткое время охлаждения системы до рабочих температур, Экстремально короткое время охлаждения системы до рабочих температур, Параллельное соединение по криоагенту более 100 сверхпроводящих магнитов, Параллельное соединение по криоагенту более 100 сверхпроводящих магнитов, Турбодетандеры, работающие на жидком гелии, Турбодетандеры, работающие на жидком гелии, Винтовые компрессоры с давлением нагнетания 2,5 МПа, Винтовые компрессоры с давлением нагнетания 2,5 МПа, Струйные насосы для жидкого гелия. Струйные насосы для жидкого гелия. Перечисленные решения позволили создать эффективную и надежную криогенную систему Нуклотрона. Ю.А. Митрофанова, 3 – 4 октября 2013 г., Дубна

5 Основные параметры Нуклотрона Проектная энергия частиц, ГэВ/нуклон6 Периметр, м251,5 Максимальное магнитное поле, Тл2,0 Запасенная энергия, МДж2,35 Температура, К4,5 Общий статический теплоприток, кВт1,75 Динамическое тепловыделение при 0,5 Гц, кВт2,9 Частота повторения циклов, Гцдо 1 Суммарная «холодная» масса, т80 Время охлаждения до рабочей температуры, ч80 Ю.А. Митрофанова, 3 – 4 октября 2013 г., Дубна

6 Кольцо Нуклотрона размещено в цокольном этаже синхрофазотрона. Периметр ускорителя составляет м. Кольцо состоит из: 96 дипольных магнитов длиной 1.5 м и массой 500 кг, 64 квадрупольных линз длиной 0.45 м и массой 200 кг, 28 мультипольных корректоров длиной 0.31 м с тремя или четырьмя типами обмоток в каждом. Питание основных магнитов и вывод энергии обеспечивают 12 токовводов на 6 кА, охлаждаемых холодными парами гелия. 234 токоввода на 100 А питают корректирующие обмотки. Кроме того, имеются специальные устройства для инжекции пучка, ускорения, диагностики и вывода. Для измерения температур по периметру кольца установлено около 600 криогенных термометров. Основные параметры Нуклотрона Ю.А. Митрофанова, 3 – 4 октября 2013 г., Дубна

7 Кольцевая магнитокриостатная система Нуклотрона Магниты ускорителя, а также гелиевые коллекторы прямого и обратного потоков размещены в кольцевом криостате, образуемом горизонтальными цилиндрическим участками из нержавеющей стали. Кроме того, по периметру всего кольцевого криостата имеется теплозащитный экран, охлаждаемый жидким азотом. криостат теплозащитный экран СП обмотка коллектор прямого потока коллектор обратного потока железное ярмо Ю.А. Митрофанова, 3 – 4 октября 2013 г., Дубна

8 Магнитокриостатный блок Нуклотрона Схема размещения магнита Нуклотрона в криостате: 1 – сильфон, 2 – гелиевые коллекторы, 3 – теплоизолирующий экран, 4 – вакуумная камера ионопровода, 5 – муфта, 6 – железное ярмо, 7 – трубопровод жидкого азота, 8 – вакуумный кожух, 9 – тяга, 10 – СП кабель электрической связи магнитов, 11 – тепловой мост, 12 – обмотка, 13 – трубка для охлаждения ярма, 14 – суперизоляция, 15 – подставка, 16 – домкрат. Ю.А. Митрофанова, 3 – 4 октября 2013 г., Дубна

9 Дипольный магнит Квадрупольный магнит В Нуклотроне использованы простые и экономичные магниты типа «Дубна», в которых поле формируется посредством железного ярма. Они характеризуются минимальным расходом СП. Основные элементы таких магнитов – СП обмотка и железное ярмо, обеспечивающее магнитное поле высокой однородности и воспринимающее магнитные силы, действующие на обмотку. Магниты Нуклотрона Ю.А. Митрофанова, 3 – 4 октября 2013 г., Дубна

10 Основные характеристики магнитов Нуклотрона ХарактеристикиДипольКвадруполь Количество элементов9664 Масса, кг Апертура, мм110×55120×63 Длина железного ярма, мм Физическая длина, мм Число витков в обмотке2×82×84×54×5 Длина сверхпроводящего кабеля в обмотке, м6224 Индукция при номинальном токе 6 кА, Тл1,98– Градиент при номинальном токе 5,6 кА, Тл/м–33,4 Запасенная энергия, кДж19,86,9 Динамические тепловыделения в цикле с частотой 0,5 Гц, Вт2112 Статический теплоприток (при нулевом токе), Вт6,65,2 Ю.А. Митрофанова, 3 – 4 октября 2013 г., Дубна

11 Быстроциклирующие магниты и охлаждение двухфазным потоком гелия Наиболее интересным свойством магнитов Нуклотрона является их способность работать с частотой повторения циклов до 1 Гц. Но при этом возникает проблема отвода значительного количества тепла, выделяющегося в быстроциклирующей сверхпроводящей магнитной системе ускорителя: магниты должны охлаждаться очень эффективно. Потребная холодопроизводительность криогенной системы Нуклотрона в зависимости от частоты повторения импульсов тока в магнитах. Частота импульсов, Гц Ю.А. Митрофанова, 3 – 4 октября 2013 г., Дубна

12 СП кабель Нуклотрона: Мельхиоровая трубка d=5 мм, Сверхпроводящая проволока d=0,5 мм, Нихромовая проволока d=0,2 мм Каптоновая лента Стеклолента Диаметр NbTi волокон – 10 мкм Количество волокон – 1045 Номинальный ток – 6,0 кА Условия такого эффективного охлаждения достигаются за счет циркуляции двухфазного потока гелия в полых сверхпроводниках. Быстроциклирующие магниты и охлаждение двухфазным потоком гелия Ю.А. Митрофанова, 3 – 4 октября 2013 г., Дубна

13 Криогенная гелиевая система Нуклотрона Для криостатирования кольца Нуклотрона от системы криогенного обеспечения требовалось выполнение следующих условий: 1750 до 4620 Вт 1. Холодопроизводительность на гелиевом температурном уровне в рабочем режиме от 1750 до 4620 Вт, в том числе: 1750 Вт а. компенсация теплопритоков из окружающей среды 1750 Вт, 2870 Вт 0,5 Гц б. компенсация динамических тепловыделений до 2870 Вт при частоте изменения магнитного поля 0,5 Гц. 100 л/ч 2. Производство дополнительно до 100 л/ч жидкого гелия, отводимого из криостата для охлаждения токовводов. 80 тонн 4,5 К80 – 100 ч. 3. Охлаждение магнитной системы весом около 80 тонн от температуры окружающей среды до 4,5 К за период не более 80 – 100 ч. Ю.А. Митрофанова, 3 – 4 октября 2013 г., Дубна

14 Основные методы криостатирования сверхпроводящих ускорителей При криостатировании СП ускорителей различают два способа отвода тепла: 1. Погружной – традиционный метод криостатирования СП магнитов с погружением их в кипящий гелий. Этот способ можно использовать для сравнительно компактных систем, 2. Циркуляционный – тепло отводится путем циркуляции криоагента по расположенным внутри или около обмоток каналам. Преимущество – существенное уменьшение количества гелия, требующегося для заполнения системы. Принципиально существуют две разновидности циркуляционных систем криостатирования, отличающихся фазовым состоянием криоагента: 1. Отвод тепла к циркулирующему гелию не вызывает фазового перехода, 2. Отвод тепла происходит при кипении парожидкостного потока. Для Нуклотрона был выбран способ криостатирования СП магнитов посредством циркуляции парожидкостного потока гелия по расположенным внутри обмоток каналам. Ю.А. Митрофанова, 3 – 4 октября 2013 г., Дубна

15 1 – вакуумный кожух, 2 – теплозащитный экран, 3 – коллектор прямого потока, 4 – коллектор обратного потока, 5 – дипольный магнит, 6 – квадрупольный магнит, 7 – переохладители, 8 – сепараторы, 9 – рефрижератор КГУ-1600/4,5, 10 – газгольдеры, 11 – ресиверы, 12,13,14 – поршневые компрессоры, 15 – блок очистки МО-800, 16 – винтовой компрессор «Каскад-80/25», 17 – дополнительный переохладитель. Принципиальная схема криогенной гелиевой системы Нуклотрона Ю.А. Митрофанова, 3 – 4 октября 2013 г., Дубна

16 Каждый магнит питается жидким гелием из коллектора прямого потока, проложенного по всей длине ускорителя. В расчетном режиме из СП кабеля гелий выходит с массовым паросодержанием ~0,35 и далее охлаждает железное ярмо магнита, поле чего с паросодержанием до 0,9 отводится в коллектор обратного потока. Кольцевая магнитокриостатная система Нуклотрона Ю.А. Митрофанова, 3 – 4 октября 2013 г., Дубна q1 – теплоприток от СП обмотки q2 – теплоприток от железного ярма

17 Гелиевые рефрижераторы КГУ – 1600/4,5 Ю.А. Митрофанова, 3 – 4 октября 2013 г., Дубна

18 Упрощенные диаграммы гелиевого рефрижератора Нуклотрона Сжатый гелий от компрессоров, пройдя очистку от масла и влаги, на входе в каждый КГУ – 1600/4,5 делится на две части. Турбодетандерный поток расширяется последовательно в трех газовых ТД с давления 2,5 до 0,13 МПа. Основной поток охлаждается за счет теплообмена с обратным потоком гелия до температуры 5,5 – 8,5 К и расширяется в ПЖТД с давления 2,5 до 0,13 – 0,17 МПа. 1, 2, 3 – газовые ТД, 4 – парожидкостный ТД, 5 – ванна жидкого азота, 6 - компрессор, 7 – теплообменник. Ю.А. Митрофанова, 3 – 4 октября 2013 г., Дубна

19 В криогенной системе Нуклотрона используются компрессоры различных типов и модификаций. В качестве основных компрессоров используются два винтовых компрессорных агрегата «Каскад – 80/25». Компрессор выполнен в двухступенчатом варианте, с производительностью 5040 нм 3 /ч и давлением нагнетания 25 атм. Винтовой компрессорный агрегат Каскад – 80/25 Ю.А. Митрофанова, 3 – 4 октября 2013 г., Дубна

20 Поршневые компрессоры Поршневые компрессоры 305НП–20/30 и 2ГМ4–12/31 меньшей производительности используются для ступенчатого регулирования расхода газа и резервирования. Закачка испарившегося гелия в ресиверы осуществляется компрессорами 1ВУВ– 45/150, способными работать при более высоком давлении на нагнетании. Ю.А. Митрофанова, 3 – 4 октября 2013 г., Дубна

21 Основные технические характеристики компрессоров криогенной системы Нуклотрона Каскад- 80/25 305НП- 20/30 2ГМ4- 12/31 1ВУВ- 45/150 Количество, шт.2344 Типвинт.порш. Производительность (при условиях всасывания), м 3 /ч Давление нагнетания, MПа Установленная мощность электродвигателя, кВт 1 – – Напряжение электродвигателя, В Число ступеней сжатия2333 Число оборотов компрессора, об/мин Расход охлаждающей воды, м 3 /ч Ю.А. Митрофанова, 3 – 4 октября 2013 г., Дубна

22 Гелиевое компрессорное оборудование Нуклотрона Суммарная производительность: нм 3 /час Установленная мощность: 4,19 МВт Расход охлаждающей воды: 200 м 3 /час План размещения оборудования в машинном зале Нуклотрона: 1 – центральный пульт, 2 – поршневой компрессор 1ВУВ–45/150, 3 – силовой электротехнической шкаф, 4 – поршневой компрессор 305НП–20/30, 5 – поршневой компрессор 2ГМ4– 2/31, 6 – винтовой компрессорный агрегат «Каскад–80/25». Ю.А. Митрофанова, 3 – 4 октября 2013 г., Дубна

23 NICA The Nuclotron-based Ion Collider fAcility Ю.А. Митрофанова, 3 – 4 октября 2013 г., Дубна

24 Проект NICA В 2007 году в ОИЯИ стартовал проект нового ускорительно- накопительного комплекса NICA на базе синхротрона Нуклотрон. Цель проекта NICA – проведение экспериментов по изучению сильного взаимодействия в горячей и плотной кварк-глюонной материи и поиск возможного образования «смешанной фазы» такой материи. Эксперименты будут реализованы в режиме столкновения встречных пучков, в том числе и легких ионов, поляризованных протонов и дейтронов. Реализация проекта NICA/MPD призвана вывести ОИЯИ на лидирующие позиции в мире в этих областях исследований. Ускорительный комплекс NICA будет включать в себя: СП бустерный синхротрон с энергий 600 МэВ/нуклон, Существующий СП синхротрон – Нуклотрон, Новый СП коллайдер, имеющий два кольца с периметром около 503 м каждый. Ю.А. Митрофанова, 3 – 4 октября 2013 г., Дубна

25 Сверхпроводящий кабель для магнитов бустера и коллайдера комплекса NICA ХарактеристикиБустерКоллайдер Диаметр канала, мм33 Количество проводов1816 Диаметр СП провода, мм0,780,9 Сверхпроводник50% Nb – 50% Ti Диметр волокон, мкм78 Внешний диаметр кабеля, мм6,67,0 Рабочий ток (1,8 Т; 4,65 К), кА9,6810,4 Критический ток (2,5 Т; 4,7 К), кА14,216,8 СП кабель бустера и коллайдера: 1. Мельхиоровая CuNi трубка, 2. Сверхпроводящий провод, 3. Нихромовая NiCr проволока, 4. Каптоновая лента, 5. Стеклолента. В бустере и коллайдере будут использованы СП магниты типа «Дубна» с холодным железным ярмом и седлообразной СП обмоткой. Магнит состоит из холодного (4,5 К) железного ярма типа «оконная рама» и СП обмотки, выполненной из полого сверхпроводника, внутри которого циркулирует парожидкостный поток гелия. Ю.А. Митрофанова, 3 – 4 октября 2013 г., Дубна

26 Сверхпроводящие магниты бустера NICA Поперечное сечение дипольного магнита бустера NICA Поперечное сечение квадрупольного магнита бустера NICA Ю.А. Митрофанова, 3 – 4 октября 2013 г., Дубна

27 Сверхпроводящие магниты бустера NICA ХарактеристикиДипольКвадруполь Количество элементов4048 Максимальное магнитное поле, Т (градиент поля), Т/м 1,8 20,2 Эффективная магнитная длина, м2,20,55 Скорость изменения магнитного поля1,2 Т/с13,5 Т/(м·с) Неоднородность магнитного поля при R=30 мм6·10 -4 Апертура по вакуумной камере, мм128×65 Радиус кривизны средней траектории, м14,01– Масса, кг Рабочий ток, кА9,68 Ю.А. Митрофанова, 3 – 4 октября 2013 г., Дубна

28 Полномасштабный прототип дипольного магнита бустера с однослойной обмоткой был изготовлен в апреле 2011 г. Магнит имеет длину 2,2 м и радиус кривизны 14 м. Полномасштабный прототип квадрупольного магнита бустера был изготовлен в декабре 2011 г. Сверхпроводящие магниты бустера NICA Криогенные испытания дипольного магнита бустера были проведены в мае 2011 г., квадрупольного магнита – в апреле 2012 г. Ю.А. Митрофанова, 3 – 4 октября 2013 г., Дубна

29 Сверхпроводящие магниты коллайдера NICA Поперечное сечение двухапертурного дипольного магнита коллайдера NICA: 1 – железное ярмо, 2 – СП катушка, 3 – трубка для охлаждения железного ярма, 4 – пучковая камера. Поперечное сечение двухапертурного квадрупольного магнита коллайдера NICA: 1 – пучковая камера, 2 – СП катушка, 3 – железное ярмо. В коллайдере также будут использованы магниты типа «Дубна». Две одинаковые однослойные обмотки располагаются в общем железном ярме одна над другой. Ю.А. Митрофанова, 3 – 4 октября 2013 г., Дубна

30 Сверхпроводящие магниты коллайдера NICA ХарактеристикиДипольКвадруполь Количество элементов8086(+12 * ) Максимальное магнитное поле, Т (градиент поля), Т/м 1,8 23 Эффективная магнитная длина, м1,940,46 Скорость изменения магнитного поля, Т/с0,5– Неоднородность магнитного поля при R=30 мм2·10 -4 Апертура по вакуумной камере, мм120×70 (Ø180 * ) Расстояние между пучками, м0,32 Масса, кг Рабочий ток, кА10,4 * - финальные фокусирующие линзы Ю.А. Митрофанова, 3 – 4 октября 2013 г., Дубна

31 Модели двухапертурного дипольного и квадрупольного магнитов коллайдера были созданы в августе 2011 г. и в сентябре 2012 г., соответственно. Сверхпроводящие магниты коллайдера NICA Ю.А. Митрофанова, 3 – 4 октября 2013 г., Дубна

32 Новый стенд для сборки и испытаний сверхпроводящих магнитов В настоящее время создается новый стенд, предназначенный для круглосуточной сборки и серийных криогенных испытаний СП магнитов. Площадь помещения для установки необходимого оборудования составляет величину более 2600 м 2. Ю.А. Митрофанова, 3 – 4 октября 2013 г., Дубна

33 Новы стенд для сборки и испытаний сверхпроводящих магнитов Ю.А. Митрофанова, 3 – 4 октября 2013 г., Дубна

34 На стенде будут проведены серийные криогенные испытания СП магнитов следующих типов: Дипольный магнит бустера NICA 40 шт. Квадрупольный магнит бустера NICA 48 шт. Дипольный магнит коллайдера NICA 80 шт. Квадрупольный магнит коллайдера NICA 86 шт. Квадрупольный магнит SIS – 100 (проект FAIR) 175 шт. При параллельной работе на 6 терминалах стенда планируется проводить до 11 испытаний магнитов в месяц. Запуск стенда в эксплуатацию намечен на 2013 – 2014 гг. Новый стенд для сборки и испытаний сверхпроводящих магнитов Ю.А. Митрофанова, 3 – 4 октября 2013 г., Дубна

35 Криогенная система ускорительного комплекса NICA создается как результат модернизации существующего оборудования для криогенного обеспечения Нуклотрона. Основные цели модернизации: повышение вдвое холодопроизводительности на температурном уровне 4,5 К от существующего значения до 8000 Вт, создание новой системы распределения жидкого гелия, обеспечение кратчайшего времени охлаждения трех колец ускорителей с протяженностью около 1 км и «холодной» массой 290 тонн. Эти цели будут достигнуты посредством ввода в эксплуатацию: дополнительного ожижителя гелия 1000 л/ч, новой системы распределения холодильной мощности, основанной на сателлитных рефрижераторах, гелиевых винтовых компрессоров нового дизайна. Кроме того, на основе азотных турбокомпрессоров будет создана новая азотная криогенная система. Гелиевая криогенная система ускорительного комплекса NICA Ю.А. Митрофанова, 3 – 4 октября 2013 г., Дубна

36 Гелиевая криогенная система ускорительного комплекса NICA нм 3 /ч винтовой компрессорный агрегат «Каскад–110/30», кг/ч азотный ожижитель ОА–1,3, 3. Азотный турбокомпрессор Samsung Techwin SM–5000, 4. Транспортный сосуд жидкого гелия 40 м 3, 5. Азотный реконденсатор РА–0,5 бустера, 6. Сателлитный рефрижератор бустера, 7. Блок маслоочистки МО–800, л/ч гелиевый ожижитель ОГ–1000, 9. Сателлитный рефрижератор коллайдера, 10. Азотный реконденсатор РА–0,5 коллайдера. Рабочая температура, К4,5 Холодопроизводительность при 4,5 К, Вт 8000 Суммарная производительность компрессоров, нм 3 /час Суммарная установленная мощность электродвигателей компрессоров, кВт 7400 Расход охлаждающей воды, м 3 /ч356 Суммарная «холодная» масса, т290 Ю.А. Митрофанова, 3 – 4 октября 2013 г., Дубна

37 Гелиевое компрессорное оборудование комплекса NICA винтовых компрессорных агрегата «Каскад–80/25» «Каскад–110/30», В криогенной системе ускорительного комплекса NICA в качестве основных компрессоров будут служить два имеющихся винтовых компрессорных агрегата «Каскад–80/25» и два вновь изготовленных агрегата «Каскад–110/30», разработанных в ОАО «НИИТурбокомпрессор» (Казань). ХарактеристикаКаскад – 80/25 Каскад – 110/30 Объемная производительность (при условиях всасывания), м 3 /мин (м 3 /час)84(5040)110(6600) Давление нагнетания, МПа2,53 Давление всасывания, МПа0,1 Количество компрессоров, шт. 1 ступень 2 ступень Диаметр роторов, мм 1 ступень 2 ступень Отношение длины нарезной части ротора к диаметру L/D 1 ступень 2 ступень 1,35 1,0 1,5 1,35 Установленная мощность электродвигателей, кВт 1 ступень 2 ступень × Ю.А. Митрофанова, 3 – 4 октября 2013 г., Дубна

38 Гелиевое компрессорное оборудование комплекса NICA Общий вид гелиевого винтового компрессорного агрегата Каскад–110/30: 1 – два винтовых компрессора первой ступени сжатия; 2 – винтовой компрессор второй ступени сжатия; 3 – масляный насос; 4 – маслобак; 5 – фильтр грубой очистки второй ступени; 6 – фильтры грубой очистки первой ступени; 7 – пусковой масляный насос компрессоров первой ступени; 8 – сепаратор; 9 – маслоохладитель второй ступени; 10 – два маслоохладителя первой ступени; 11 – фильтры тонкой очистки. Ю.А. Митрофанова, 3 – 4 октября 2013 г., Дубна

39 Гелиевое компрессорное оборудование комплекса NICA Характеристики Каскад – 80/25 Каскад – 110/30 305НП – 20/30 2ГМ4 – 12/31 1ВУВ – 45/150 Количество, шт Типвинтовой поршневой Производительность (при условии всасывания), м 3 /час (м 3 /мин) 5040 (84)6600 (110) Давление нагнетания, МПа 2,53,0 3,115 Установленная мощность электродвигателей, кВт 1 ст. – ст. – ст. – 2×400 2 ст. – Напряжение питания электродвигателей, В Число ступеней сжатия Число оборотов компрессора, об/мин Расход охлаждающей воды, м 3 /час ,21,5 Ю.А. Митрофанова, 3 – 4 октября 2013 г., Дубна

40 Гелиевое компрессорное оборудование комплекса NICA План размещения оборудования в новом здании: 1 – винтовой компрессорный агрегат «Каскад–110/30», 2 – азотный турбокомпрессор Samsung Techwin SM–5000, 3 – азотный ожижитель ОА–1,3. Суммарная производительность: нм 3 /час Установленная мощность: 7,4 МВт Расход охлаждающей воды: 356 м 3 /час Ю.А. Митрофанова, 3 – 4 октября 2013 г., Дубна

41 Ожижитель гелия ОГ–1000 Ю.А. Митрофанова, 3 – 4 октября 2013 г., Дубна

42 Ожижитель гелия ОГ – 1000 Гелиевый ожижитель ОГ–1000: 1, 2 – блоки очистки гелия от примесей азота и кислорода; 3, 4 – блоки теплообменников; 5 – блок турбодетандерного агрегата; 6 – блок сжижения. Ю.А. Митрофанова, 3 – 4 октября 2013 г., Дубна

43 Ожижитель гелия ОГ – 1000 Схема ступеней охлаждения и ожижения с турбодетандерами: Е50, Е51, Е52, Е53, Е54, Е61 – теплообменные аппараты; D71, D72, D60 – турбодетандеры; ДВ – дроссельный вентиль; АВ – ванна жидкого азота. Рабочий газгелий Производительность, л/ч1100±100 Потребление жидкого азота, кг/ч560 Удельные энергозатраты, кВт·ч/л1,6 Давление гелия в цикле, МПа (абс)2,5 Расход гелия (на входе в ОГ – 1000), нм 3 /ч6600 Давление жидкого гелия (на выходе), МПа (абс)0,15 Общая масса, кг14000 Внешние размеры, м×м×м5×5×10 Время непрерывной работы, не менее, ч3000 Назначенный срок службы, лет20 Ю.А. Митрофанова, 3 – 4 октября 2013 г., Дубна

44 Азотная криогенная система комплекса NICA Для процессов охлаждения и поддержания при гелиевой температуре сверхпроводящих магнитов ускорительного комплекса NICA потребуется испарять значительные количества жидкого азота. В рабочем режиме 1640 кг/час В рабочем режиме, когда вся магнитная система находится при гелиевых температурах, затраты жидкого азота составят величину 1640 кг/час, в том числе: На охлаждение теплозащитных экранов криостата Нуклотрона, кг/час 250 Бустера, кг/час 200 Коллайдера, кг/час 300 Затраты в рабочем режиме На двух рефрижераторах КГУ–1600/4,5 Нуклотрона, кг/час 330 На гелиевом ожижителе ОГ–1000, кг/час 560 ожижителя азота1300 кг/чреконденсаторов паров азота500 кг/час Для получения жидкого азота, реконденсации паров и транспортировки продукта к местам потребления будет создана новая азотная криогенная система, состоящая из ожижителя азота ОА–1,3 производительностью 1300 кг/ч и двух реконденсаторов паров азота РА–0,5 производительностью 500 кг/час. Ю.А. Митрофанова, 3 – 4 октября 2013 г., Дубна

45 Азотная криогенная система комплекса NICA Принципиальная схема азотной криогенной системы комплекса NICA: 1 – пять 20 м 3 ресиверов; 2 – три турбокомпрессора; 3 – два 198 м 3 газгольдера; 4 – адсорбционная установка для производства азота; 5 – три 30 м 3 танка для жидкого азота; 6 – два 500 кг/ч азотных реконденсатора; 7 – 1300 кг/ч азотный ожижитель; 8 – ванна жидкого азота сателлитного рефрижератора коллайдера; 9 – азотный экран криостата коллайдера; 10 – шесть насосов жидкого азота; 11 – ванна жидкого азота сателлитного гелиевого рефрижератора бустера; 12 – азотный экран криостата бустера; 13 – азотный экран криостат Нуклотрона; 14 – вакуумный насос; 15 – ванна жидкого азота гелиевого ожижителя ОГ – 1000; 16 – ванны жидкого азота гелиевых рефрижераторов КГУ – 1600/4,5. Ю.А. Митрофанова, 3 – 4 октября 2013 г., Дубна

46 Азотная криогенная система комплекса NICA нм 3 /ч винтовой компрессорный агрегат «Каскад–110/30», кг/ч азотный ожижитель ОА–1,3, 3. Азотный турбокомпрессор Samsung Techwin SM–5000, 4. Транспортный сосуд жидкого гелия 40 м 3, 5. Азотный реконденсатор РА–0,5 бустера, 6. Сателлитный рефрижератор бустера, 7. Блок маслоочистки МО–800, л/ч гелиевый ожижитель ОГ–1000, 9. Сателлитный рефрижератор коллайдера, 10. Азотный реконденсатор РА–0,5 коллайдера. Ю.А. Митрофанова, 3 – 4 октября 2013 г., Дубна

47 Заключение сверхпроводящий ускоритель Нуклотрон 4000 Вт 4,5 К. В настоящее время в ЛФВЭ ОИЯИ действует сверхпроводящий ускоритель Нуклотрон, криогенная система которого является крупнейшим в России криогенным гелиевым комплексом с холодопроизводительностью 4000 Вт при температуре 4,5 К. ускорительного комплекса NICA В ходе развития и реконструкции криогенной системы ЛФВЭ для ускорительного комплекса NICA в период времени с 2013 по 2016 гг. будет: 8000 Вт 4,5 К создана криогенная гелиевая система с холодопроизводительностью 8000 Вт при температуре 4,5 К 2300 кг/час создана криогенная азотная система с производительностью 2300 кг/час по жидкому азоту В криогенной гелиевой системе комплекса NICA будут задействованы: 1. Крупнейшие в России ожижители гелия: КГУ – л/час2000 Вт при 4,5 К КГУ – л/часили2000 Вт при 4,5 К ОГ – л/час4000 Вт при 4,5 К ОГ – л/часили4000 Вт при 4,5 К двухступенчатые винтовые гелиевые компрессоры «Каскад–80/25» и «Каскад–110/30»2530 атм; нм 3 /час,. 2. Впервые в мировой практике двухступенчатые винтовые гелиевые компрессоры «Каскад–80/25» и «Каскад–110/30» с давлением на выходе 25 и 30 атм; производительностью 5040 и 6600 нм 3 /час, соответственно. В криогенной азотной системе комплекса NICA будут задействованы: ОА – 1,31300 кг/ч, 1.Ожижитель азота ОА – 1,3 производительностью 1300 кг/ч, РА – 0,5500 кг/ч 2. Реконденсаторы паров азота РА – 0,5 производительностью 500 кг/ч. Ю.А. Митрофанова, 3 – 4 октября 2013 г., Дубна

48 Спасибо за внимание Ю.А. Митрофанова, 3 – 4 октября 2013 г., Дубна