一种用于液氦温度的高压输电电缆及其应用的制作方法

本发明属于暗物质探测实验，具体涉及一种用于液氦温度的高压输电电缆及其应用。

背景技术：

1、暗物质(dark matter)是当今基础物理学届最亟须理解和回答证实的重要科学问题之一，暗物质存在的天文学证据是广泛而可靠的。但目前人类对暗物质的粒子物理特性仍然知之甚少。对暗物质的探测分为地下实验室直接探测、空间间接探测以及在对撞机上的寻找，地下实验室直接寻找目前是在si(spin independent)模型下灵敏度最高的暗物质探测方式。现有处于活跃状态的暗物质实验大概有三十多个，按照物理目标，这些实验可以分为低质量暗物质实验和高质量暗物质实验；一般而言，质量在10mev/c2

2、-10gev/c2区间的是低质量暗物质,10gev/c2 -10tev/c2之间是高质量暗物质。如果以技术路线为分类标准，这些实验大致可以分为液氙时间投影室、液氩时间投影室、超低温探测器、半导体探测器、以及闪烁体(晶体)探测器。在实验过程中，上述探测器均需要在外加高电压、足够小的电流下工作。因此，需要采用合适的电缆将500kv高压从外部引入其中。

3、目前，国内外高压输电电缆的典型设计方案如国家标准《额定电压500kv及以下直流输电用挤包绝缘电力电缆系统》(gb/t-31489.2-2020)等显示，这种输送500kv及以下直流高压的电缆的主要部件及典型厚度如下：金属阳极(70.0mm)、阳极屏蔽层(1.2mm)、交联聚乙烯绝缘层(28.0mm)、绝缘屏蔽层(1.0mm)、金属阴极(3.4mm)、半导电缓冲层(2.0mm)以及电缆最外层的保护套等。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于液氦温度的高压输电电缆及其应用，采用适宜于液氦温度下工作的聚酰亚胺取代常用的聚乙烯作为绝缘材料，起导电作用的阳极和阴极采用掺杂炭黑的聚酰亚胺来实现，以解决液氦时间投影室所需要的500kv直流高压引入问题。

2、为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种用于液氦温度的高压输电电缆，所述电缆由内到外依次包括：

3、电缆阳极，为掺杂炭黑的聚酰亚胺；

4、电缆绝缘层，为聚酰亚胺；

5、电缆阴极，为掺杂炭黑的聚酰亚胺。

6、进一步，所述掺杂炭黑的聚酰亚胺中，炭黑的质量百分含量为8-12％。

7、进一步，所述电缆阳极的直径为7±0.5cm。

8、进一步，所述电缆绝缘层的厚度为10±0.5cm。

9、进一步，所述电缆阴极的厚度为0.5±0.1cm。

10、进一步，所述电缆采用一体挤压成型工艺制作而成。

11、进一步，所述一体挤压成型工艺为三层共挤工艺。

12、进一步，所述电缆绝缘层在4k温度下的击穿电压不低于100kv/cm。

13、进一步，在输送500kv直流高压时，所述电缆所有位置的电场强度均不超过100kv/cm。

14、本发明还提供所述的一种用于液氦温度的高压输电电缆在4k温度下为液氦时间投影室引入500kv直流高压的应用。

15、本发明的有益效果在于，采用本发明所提供的一种用于液氦温度的高压输电电缆及其应用，所述电缆由内到外依次包括：电缆阳极，为掺杂炭黑的聚酰亚胺；电缆绝缘层，为聚酰亚胺；电缆阴极，为掺杂炭黑的聚酰亚胺；采用适宜于液氦温度下工作的聚酰亚胺取代常用的聚乙烯作为绝缘材料，起导电作用的阳极和阴极采用掺杂炭黑的聚酰亚胺来实现。本发明提供的所述电缆采用一体挤压成型工艺制作而成，而且电缆阳极、电缆绝缘层、电缆阴极的基质均为聚酰亚胺，能够避免在低温下由于热膨胀系数差异而产生如传统电缆那样的空隙，从而可以在电缆的成型工艺、材料物性差异等方面避免电缆内部缝隙的产生，进而避免发生局部高压事故。

16、本发明提供的所述电缆的电缆绝缘层聚酰亚胺在4k温度下的击穿电压不低于100kv/cm；同时所述电缆的结构设计使得在输送500kv直流高压时，所述电缆所有位置的电场强度均不超过100kv/cm。因此，在输送500kv直流高压时，所述电缆绝缘层处于安全状态，不会出现被击穿的事故。本发明提供的所述电缆可以解决液氦时间投影室所需要的500kv直流高压引入问题，为aletheia液氦探测器提供高压传输，即在4k温度下为液氦时间投影室引入500kv及以下高压。

技术特征：

1.一种用于液氦温度的高压输电电缆，其特征在于，所述电缆由内到外依次包括：

2.根据权利要求1所述的一种用于液氦温度的高压输电电缆，其特征在于，所述掺杂炭黑的聚酰亚胺中，炭黑的质量百分含量为8-12％。

3.根据权利要求2所述的一种用于液氦温度的高压输电电缆，其特征在于，所述电缆阳极的直径为7±0.5cm。

4.根据权利要求2所述的一种用于液氦温度的高压输电电缆，其特征在于，所述电缆绝缘层的厚度为10±0.5cm。

5.根据权利要求2所述的一种用于液氦温度的高压输电电缆，其特征在于，所述电缆阴极的厚度为0.5±0.1cm。

6.根据权利要求1所述的一种用于液氦温度的高压输电电缆，其特征在于，所述电缆采用一体挤压成型工艺制作而成。

7.根据权利要求6所述的一种用于液氦温度的高压输电电缆，其特征在于，所述一体挤压成型工艺为三层共挤工艺。

8.根据权利要求1所述的一种用于液氦温度的高压输电电缆，其特征在于，所述电缆绝缘层在4k温度下的击穿电压不低于100kv/cm。

9.根据权利要求1所述的一种用于液氦温度的高压输电电缆，其特征在于，在输送500kv直流高压时，所述电缆所有位置的电场强度均不超过100kv/cm。

10.一种根据权利要求1-9中任一项所述的用于液氦温度的高压输电电缆在4k温度下为液氦时间投影室引入500kv直流高压的应用。

技术总结
本发明涉及一种用于液氦温度的高压输电电缆及其应用，所述电缆由内到外依次包括：电缆阳极，为掺杂炭黑的聚酰亚胺；电缆绝缘层，为聚酰亚胺；电缆阴极，为掺杂炭黑的聚酰亚胺；采用适宜于液氦温度下工作的聚酰亚胺取代常用的聚乙烯作为绝缘材料，起导电作用的电缆阳极和电缆阴极采用掺杂炭黑的聚酰亚胺来实现。本发明提供的所述电缆的电缆绝缘层聚酰亚胺在4K温度下的击穿电压不低于100kV/cm；同时所述电缆的结构设计使得在输送500kV直流高压时，所述电缆所有位置的电场强度均不超过100kV/cm。因此，在输送500kV直流高压时，所述电缆绝缘层处于安全状态，不会出现被击穿的事故，能够为液氦时间投影室引入500kV及以下直流高压。

技术研发人员：廖俊辉
受保护的技术使用者：中国原子能科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21