本發(fā)明屬于核能利用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種氦壓調(diào)諧器。

背景技術(shù)：

核能作為當(dāng)今社會非常重要的能源，相對于煤，石油，天然氣，因其清潔的生產(chǎn)方式、高效的能量轉(zhuǎn)化而被各個(gè)國家廣泛運(yùn)用。如核電站通過核裂變的技術(shù)手段得到大量熱能，通過動(dòng)力裝置將熱能轉(zhuǎn)化為電能。這一過程中，不會產(chǎn)生火力發(fā)電廠所產(chǎn)生的大量廢氣和可吸入顆粒排放，但是核廢料的處理成為一個(gè)巨大的難題。國際上現(xiàn)有“開環(huán)”和“閉式”兩種核原料循環(huán)模式，在開環(huán)模式中，核乏料在經(jīng)過冷卻和封裝后直接深埋于地層深處，這種方式需要在地層中存放上萬年的時(shí)間才可以基本消除對環(huán)境的影響。“閉式”循環(huán)則是將核乏料通過后處理再次制作成核燃料。近年來，在閉式循環(huán)的后處理基礎(chǔ)上，進(jìn)一步的采用嬗變反應(yīng)將長壽命、高放射的核元素轉(zhuǎn)化為中短壽命、低放射的核素。該方法利用高速粒子撞擊核廢料，使其發(fā)生裂變。這樣做的好處是，核廢料進(jìn)一步裂變，可以充分利用核燃料，產(chǎn)生更多的能量，同時(shí)，裂變之后，半衰期大大降低。

通常嬗變裝置采用半波長諧振型超導(dǎo)腔，用以加速的射頻四級場在運(yùn)行過程中外界因素比如氦壓波動(dòng)、洛倫茲力作用會使高頻腔體諧振頻率和功率源頻率有偏差，從而導(dǎo)致功率饋送效率的下降和束流品質(zhì)的變化。為了使高頻腔能在設(shè)計(jì)的頻率范圍內(nèi)正常工作，不僅需要精確的加工和調(diào)整，使其諧振在選定的中心頻率上，還要設(shè)計(jì)一套調(diào)諧裝置，與控制環(huán)路一起構(gòu)成反饋?zhàn)詣?dòng)調(diào)諧系統(tǒng)，來消除溫度變化，外部噪聲，洛倫茲力以及腔與功率源之間耦合變化對腔造成的頻率漂移。因此，及時(shí)的調(diào)諧對質(zhì)子能否被加速起著至關(guān)重要的作用。

目前機(jī)械調(diào)諧是一種廣泛運(yùn)用的調(diào)諧方式，這種調(diào)諧方式技術(shù)相對成熟，可以有效的通過機(jī)械傳動(dòng)裝置收到的控制信號，對調(diào)諧器施加相應(yīng)的壓力，改變腔體的體積大小，進(jìn)而調(diào)節(jié)腔體頻率。但是這種方法在調(diào)控過程中，機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)本身的震動(dòng)會對腔體的頻率信號造成一定的干擾，此外，由于機(jī)械機(jī)構(gòu)本身的缺陷，當(dāng)一個(gè)控制信號發(fā)送給傳動(dòng)裝置之后，機(jī)械機(jī)構(gòu)不能快速的做出相應(yīng)的調(diào)整，特別是對微小的外界噪音，機(jī)械機(jī)構(gòu)的反應(yīng)并不敏感，這樣極大降低了每次反饋的速度，使得整個(gè)控制系統(tǒng)循環(huán)的周期很長，當(dāng)外界干擾變化較快時(shí)，無法做出及時(shí)的調(diào)整以適應(yīng)外界干擾對腔體頻率的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：提供一種精密的氦壓調(diào)諧器氣壓調(diào)節(jié)裝置及方法，當(dāng)超導(dǎo)腔的頻率偏離中心頻率時(shí)，能夠迅速、準(zhǔn)確的把腔體的頻率調(diào)節(jié)到中心頻率附近，最終相對誤差不超過0.03％。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種氦壓調(diào)諧器壓力精密控制裝置，它包括：緩沖罐、穩(wěn)壓罐、集氣罐以及氦壓調(diào)諧器；

緩沖罐的輸入端設(shè)有第一電磁隔斷閥，第一電磁隔斷閥通過不銹鋼管路依次連接有第一壓力傳感器，第一減壓閥；緩沖罐上設(shè)有用于監(jiān)控其內(nèi)氦氣壓力的第二壓力傳感器以及用于控制其內(nèi)氦氣壓力范圍的第一自動(dòng)排氣閥；緩沖罐輸出端設(shè)有第二電磁隔斷閥；

穩(wěn)壓罐上設(shè)有用于監(jiān)測其內(nèi)氦氣壓力、溫度的第三壓力傳感器和溫度傳感器；穩(wěn)壓罐與第二電磁隔斷閥之間并聯(lián)接有第一高精度質(zhì)量流量控制器和第一電磁調(diào)節(jié)閥；當(dāng)超導(dǎo)腔的頻率偏離中心頻率時(shí)，第一電磁調(diào)節(jié)閥用于供氣量的粗調(diào)節(jié)，第一高精度質(zhì)量流量控制器用于供氣量的精調(diào)節(jié)；

集氣罐上設(shè)有用于監(jiān)測其內(nèi)部壓力的第四壓力傳感器以及用于集氣罐緊急或臨時(shí)排氣的第二自動(dòng)排氣閥；集氣罐與穩(wěn)壓罐之間并聯(lián)接有第二高精度質(zhì)量流量控制器以及第二電磁調(diào)節(jié)閥；第二高精度質(zhì)量流量控制器以恒定流量向集氣罐內(nèi)排入氦氣，第二電磁調(diào)節(jié)閥用于檢修時(shí)排氣以及開機(jī)運(yùn)行初始化；集氣罐與緩沖罐之間串接有第三電磁隔斷閥以及壓縮機(jī)；

氦壓調(diào)諧器接入穩(wěn)壓罐，通過對穩(wěn)壓罐內(nèi)壓力的精確控制實(shí)現(xiàn)對超導(dǎo)腔頻率的精確控制；

第一減壓閥，第一壓力傳感器和第一電磁隔斷閥組成減壓補(bǔ)氣系統(tǒng)；

緩沖罐，第二壓力傳感器，第一自動(dòng)排氣閥和第二電磁隔斷閥組成緩沖系統(tǒng)；

第一高精度質(zhì)量流量控制器和第一電磁調(diào)節(jié)閥組成調(diào)節(jié)系統(tǒng)；

穩(wěn)壓罐，第三壓力傳感器和溫度傳感器組成穩(wěn)壓系統(tǒng)；

集氣罐，第二高精度質(zhì)量流量控制器，第二電磁調(diào)節(jié)閥，第四壓力傳感器，第二自動(dòng)排氣閥，第三電磁隔斷閥和壓縮機(jī)組成集氣系統(tǒng)。

本發(fā)明的另一個(gè)技術(shù)方案是：一種氦壓調(diào)諧器壓力精密控制方法，它使用如上所述的氦壓調(diào)諧器壓力精密控制裝置，并包括以下步驟：

A.氦壓調(diào)諧器壓力精密控制裝置開機(jī)后開始初始化過程，即：根據(jù)緩沖罐、穩(wěn)壓罐、集氣罐內(nèi)的壓力狀況，通過控制第一電磁隔斷閥、第一自動(dòng)排氣閥、第二電磁隔斷閥、第一電磁調(diào)節(jié)閥、第二電磁調(diào)節(jié)閥、第二自動(dòng)排氣閥的開斷以達(dá)到各個(gè)罐體內(nèi)的壓力初始值；

B.初始化完成2S后，氦壓調(diào)諧器壓力精密控制裝置自動(dòng)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)控超導(dǎo)腔反饋的頻率值F1并與腔體內(nèi)的功率源頻率F2進(jìn)行比較，當(dāng)F1高于F2時(shí)，判斷F1-F2的差值，當(dāng)F1-F2＞1000Hz時(shí)，開啟第一電磁調(diào)節(jié)閥進(jìn)行粗調(diào)節(jié)，直到F1-F2＜400Hz時(shí)，斷開第一電磁調(diào)節(jié)閥，開啟第一高精度質(zhì)量流量控制器進(jìn)行精調(diào)節(jié)，最終使-20≤F1-F2≥20Hz；

C.第二高精度質(zhì)量流量控制器以恒定流速300SLM向集氣罐排氣，當(dāng)F2-F1＞1000Hz時(shí)，開啟第二電磁調(diào)節(jié)閥，直至-400≤F2-F1≤400Hz時(shí)關(guān)閉第二電磁調(diào)節(jié)閥，恢復(fù)第二高精度質(zhì)量流量控制器的流量；

D.當(dāng)集氣罐內(nèi)的壓力P3與穩(wěn)壓罐內(nèi)的壓力P1差值大于0.15MPa時(shí)，開啟壓縮機(jī)向緩沖罐內(nèi)充氣，直至P3下降到0.05Ma；

E.氦壓調(diào)諧器壓力精密控制裝置檢修時(shí)，通過打開第一自動(dòng)排氣閥、第二電磁調(diào)節(jié)閥、第二自動(dòng)排氣閥進(jìn)行放氣，直至各罐體內(nèi)的壓力恢復(fù)至大氣壓。

有益效果：本發(fā)明通過精確控制穩(wěn)壓罐內(nèi)的壓力實(shí)現(xiàn)了對氦壓調(diào)諧器位移量的精確、快速閉環(huán)控制，從而把腔體的頻率調(diào)節(jié)到中心頻率附近，最終相對誤差不超過0.03％。

附圖說明

圖1為本發(fā)明原理框圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1，參見附圖，一種氦壓調(diào)諧器壓力精密控制裝置，它包括：減壓補(bǔ)氣系統(tǒng)，緩沖系統(tǒng)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)，穩(wěn)壓系統(tǒng)以及集氣系統(tǒng)；

減壓補(bǔ)氣系統(tǒng)包括：通過不銹鋼管路依次連接的第一減壓閥1，第一壓力傳感器2以及第一電磁隔斷閥3；

緩沖系統(tǒng)包括：連接第一電磁隔斷閥3的緩沖罐20，監(jiān)控緩沖罐20內(nèi)氦氣壓力的第二壓力傳感器4，控制緩沖罐20內(nèi)氦氣壓力范圍的第一自動(dòng)排氣閥5，連接在緩沖罐20輸出端的第二電磁隔斷閥6；

調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括：在第二電磁隔斷閥6與穩(wěn)壓系統(tǒng)之間并聯(lián)的第一高精度質(zhì)量流量控制器7和第一電磁調(diào)節(jié)閥8，當(dāng)超導(dǎo)腔的頻率偏離中心頻率時(shí)，第一電磁調(diào)節(jié)閥8用于供氣量的粗調(diào)節(jié)，第一高精度質(zhì)量流量控制器7用于供氣量的精調(diào)節(jié)；

穩(wěn)壓系統(tǒng)包括：連接在調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸出端的穩(wěn)壓罐21，用于監(jiān)測穩(wěn)壓罐21內(nèi)氦氣壓力、溫度的第三壓力傳感器10和溫度傳感器9；穩(wěn)壓罐21連接氦壓調(diào)諧器23，氦壓調(diào)諧器23安裝在超導(dǎo)腔上，通過對穩(wěn)壓罐21內(nèi)壓力的精確控制實(shí)現(xiàn)對氦壓調(diào)諧器23壓力的精確控制，從而達(dá)到了對腔體中心頻率的精密調(diào)節(jié)，即穩(wěn)壓罐21內(nèi)壓力作用在氦壓調(diào)諧器23上后改變了氦壓調(diào)諧器23的伸縮量，氦壓調(diào)諧器23通過擠壓的方式使超導(dǎo)腔腔體發(fā)生形變，從而改變了腔體的頻率；

集氣系統(tǒng)包括：集氣罐22，連接穩(wěn)壓罐21與集氣罐22以恒定流量向集氣罐22內(nèi)排入氦氣的第二高精度質(zhì)量流量控制器12，與第二高精度質(zhì)量流量控制器12相并聯(lián)用于檢修時(shí)排氣以及開機(jī)運(yùn)行初始化的第二電磁調(diào)節(jié)閥11，監(jiān)測集氣罐22內(nèi)部壓力的第四壓力傳感器14，用于集氣罐22緊急或臨時(shí)排氣的第二自動(dòng)排氣閥13，串接在集氣罐22與緩沖罐20之間的第三電磁隔斷閥15和壓縮機(jī)16。

上述方案中：緩沖罐20為316L不銹鋼制作的圓柱罐體，體積為25L；穩(wěn)壓罐21為316L不銹鋼制作的圓柱罐體，體積為15L。

實(shí)施例2，一種氦壓調(diào)諧器壓力精密控制方法,它使用如實(shí)施例1所述的氦壓調(diào)諧器壓力精密控制裝置，并包括以下步驟：

A.氦壓調(diào)諧器壓力精密控制裝置開機(jī)后開始初始化過程，即：根據(jù)緩沖罐20、穩(wěn)壓罐21、集氣罐22內(nèi)的壓力狀況，通過控制第一電磁隔斷閥3、第一自動(dòng)排氣閥5、第二電磁隔斷閥6、第一電磁調(diào)節(jié)閥8、第二電磁調(diào)節(jié)閥11、第二自動(dòng)排氣閥13的開斷以達(dá)到各個(gè)罐體內(nèi)的壓力初始值；

B.初始化完成2S后，氦壓調(diào)諧器壓力精密控制裝置自動(dòng)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)控超導(dǎo)腔的頻率反饋值F1，并與超導(dǎo)腔體內(nèi)的功率源頻值F2進(jìn)行比較，當(dāng)F1高于F2時(shí)，判斷F1-F2的差值，當(dāng)F1-F2＞1000Hz時(shí)，開啟第一電磁調(diào)節(jié)閥8進(jìn)行粗調(diào)節(jié)，直到F1-F2＜400Hz時(shí)，斷開第一電磁調(diào)節(jié)閥8，開啟第一高精度質(zhì)量流量控制器7進(jìn)行精調(diào)節(jié)，最終使-20≤F1-F2≥20Hz；

C.第二高精度質(zhì)量流量控制器12以恒定流速300SLM向集氣罐22排氣，當(dāng)F2-F1＞1000Hz時(shí)，開啟第二電磁調(diào)節(jié)閥11，直至-400≤F2-F1≥400Hz時(shí)關(guān)閉第二電磁調(diào)節(jié)閥11，恢復(fù)第二高精度質(zhì)量流量控制器12的流量；

D.當(dāng)集氣罐22內(nèi)的壓力P3與穩(wěn)壓罐21內(nèi)的壓力P1差值大于0.15MPa時(shí)，開啟壓縮機(jī)16向緩沖罐20內(nèi)充氣，直至P3下降到0.05Ma；

E.氦壓調(diào)諧器壓力精密控制裝置檢修時(shí)，通過打開第一自動(dòng)排氣閥5、第二電磁調(diào)節(jié)閥11、第二自動(dòng)排氣閥13進(jìn)行放氣，直至各罐體內(nèi)的壓力恢復(fù)至大氣壓。