使用热交换器的氙气再循环纯化

基于液氙的粒子探测器在过去几年中规模急剧增长，现已超过一吨级。所需的高氙纯度通常通过将氙气连续再循环通过高温吸气剂来实现。这给这些大型探测器的传统冷却方式带来了挑战，因为在热绝缘良好的探测器中，大部分冷却功率用于补偿再循环损失。再冷凝过程中的相变所需的冷却功率是将气体从环境温度冷却到 -100°C (173 K) 的五倍。因此，为了减少大型探测器的冷却功率需求，我们建议利用纯化后进入气体的热量，通过热交换器来蒸发流出的氙气。通常，热交换器似乎用途非常有限，因为蒸发和液化发生在零温差下。然而，使用再循环泵会降低提取液体的压力，迫使其蒸发，从而使其冷却。我们证明，这种温差可用于高效的热交换过程。我们研究了在一个小型液氙探测器中使用商用平行板热交换器的情况。尽管我们预计受限于可用冷却功率，流速约为 2 SLPM，但可以轻松维持超过 12 SLPM 的流速，仅受限于泵速和流路阻抗。热交换器的运行效率为 (96.8 ± 0.5)%。这为大规模实验中实现快速氙气再循环提供了可能，同时最大限度地减少了热损失。