高能粒子加速器磁鐵的冷卻水測試

高能同步輻射光源（HEPS），是高能粒子加速器，是國家“十三五”重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目之一，是中國科學(xué)院懷柔科學(xué)城的核心裝置，凝集了數(shù)千名科學(xué)家的智慧，使中國繼美、歐、日、德之后，躋身為世界五大高能同步輻射光源所在地，預(yù)計2025年底驗(yàn)收并投入運(yùn)行。從高空俯瞰，HEPS整體建筑形似一個放大鏡，設(shè)計寓意為探索微觀世界的利器。

高能同步輻射光源建成后，將成為中國首個第四代同步加速器，它將使用更先進(jìn)的“多彎消色差透鏡” 的磁鐵陣列，從而獲得更大亮度的光束。高能電子束在近3000塊磁鐵的作用下，產(chǎn)生亮度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過普通燈泡萬億倍的X射線，用于探究納米級的物質(zhì)結(jié)構(gòu)奧秘。

HEPS光源研制的80T/m的超高梯度四極磁鐵

高能同步輻射光源大量采用超高梯度四極磁鐵及二、四極組合磁鐵, 新一代光源對磁鐵磁場一致性的要求非常高, 對磁鐵的加工、裝配和測量等各個環(huán)節(jié)都提出了極高的要求。

同步輻射光源啟動和運(yùn)行時需要消耗大量電能，其中絕大部分電能最終轉(zhuǎn)變成熱能，造成加速器和電子儲存環(huán)上的設(shè)備溫度升高，進(jìn)而影響束流軌道，最終影響儲存環(huán)外側(cè)實(shí)驗(yàn)線站上的科學(xué)研究。因此，為保障同步輻射光源的可靠性和穩(wěn)定性，同步輻射裝置中配置了精密水冷分配和監(jiān)測系統(tǒng)。

在安裝之前，磁鐵系統(tǒng)的工藝測試非常重要，每一塊彎轉(zhuǎn)磁鐵、四極磁鐵或六極磁鐵，都必須經(jīng)過嚴(yán)密的系統(tǒng)工藝測試，冷卻水的測試是系統(tǒng)工藝測試的一部分。在緊張的工期時間內(nèi)，完成高能同步輻射光源建設(shè)所需的近三千塊高精度磁鐵的測試、準(zhǔn)直與調(diào)試，是精密磁測實(shí)驗(yàn)室的重要任務(wù)。

冷卻水測試完畢的粒子加速器磁鐵

長流儀器承接冷卻水分配監(jiān)測系統(tǒng)項(xiàng)目之后，組織技術(shù)人員與用戶深入溝通，制定了詳細(xì)的技術(shù)方案，圓滿完成了首批的非標(biāo)定制任務(wù)。2016年以來，長流儀器設(shè)計制造的專用磁鐵測試工藝的冷卻水分配系統(tǒng)，6套安裝于中國科學(xué)院高能物理所，4套安裝于中國科學(xué)院懷柔科學(xué)城。每套冷卻水分配系統(tǒng)可以提供5路或6路進(jìn)出水回路，每路水可以獨(dú)立實(shí)現(xiàn)開關(guān)操作和流量調(diào)節(jié)，可以允許多路水同時使用。

冷卻水分配系統(tǒng)的總出水管及每一路回水管安裝溫度傳感器，對水溫進(jìn)行連續(xù)的實(shí)時監(jiān)測，測量精度優(yōu)于0.1°C。每一路回水管安裝流量傳感器，對回水流量進(jìn)行連續(xù)的實(shí)時監(jiān)測，測量精度優(yōu)于2%，流量傳感器的量程高于各路水路的最大水流量。配水系統(tǒng)的總出水管及每一路回水管安裝水壓傳感器，對出水、回水的壓力進(jìn)行連續(xù)的實(shí)時監(jiān)測，測量精度優(yōu)于2%。

冷卻水分配系統(tǒng)的溫度、流量、水壓等信息實(shí)時顯示在系統(tǒng)的顯示面板上，并對以上信息的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，可以通過USB下載或通訊方式轉(zhuǎn)移到其他計算機(jī)上。

冷卻水分配系統(tǒng)的各水回路具備獨(dú)立的溫度、流量及壓力報警功能，其報警閾值可以在合理范圍內(nèi)進(jìn)行設(shè)置。水路流量報警，對外輸出報警信號，同時切斷對外供電的電源。

近幾年，隨著北京先進(jìn)光源建設(shè)的快速推進(jìn)，后續(xù)定制的多套冷卻水分配監(jiān)測系統(tǒng)，陸續(xù)投入到了緊張有序的大量磁鐵測試工作中。到目前為止，配套磁測實(shí)驗(yàn)室的多套冷卻水分配監(jiān)測系統(tǒng)，除了每年一次的例行停機(jī)檢修，一直在長期不間斷運(yùn)行。最早安裝的數(shù)臺設(shè)備，已經(jīng)連續(xù)無故障運(yùn)行了5年以上。

長流儀器歷經(jīng)二十余年的發(fā)展，擁有全系列的精密冷水機(jī)技術(shù)解決方案。針對高能粒子加速器，專業(yè)設(shè)計和制造了多種控溫和恒溫設(shè)備，服務(wù)于合肥、上海、北京、蘭州、東莞等多個加速器項(xiàng)目。穩(wěn)定可靠的技術(shù)能力，滿足了多種場景的應(yīng)用需求。