一种面向百吨级液氙实验的高纯气体管理与热管理设计张涛，刘江来（上海交通大学物理与天文学院，上海200240）摘要：PandaX实验等稀有事例液氙探测器规模日益扩大，甚至已经规划至百吨级，但现有技术氙气加注速率低，能量消耗大，因此必须发展高纯氙气的大规模存储技术与高效热管理技术。利用国标钢质气瓶233~333K工作温度范围及20MPa最大工作压力，以及氙在238K气液平衡压力低于1.8MPa的性质，可实现氙气1750kg/m3的高密度、低比焓存储，并可用输出压力2.5MPa的齿轮泵实现加压传输。分级冷却可以充分利用制冷机的冷却能力，1kw@160K制冷功率可获得7.5t/d的加注速率。相关设备还可以用于氙的循环提纯，循环流量大、压力高，可选用更高参数的纯化器。论证了在中国锦屏地下实验室进行百吨级氙气的存储、快速液化与回收的可行性，可为下一代实验方案设计及实验室基础设施设计建设提供参考。关键词：暗物质；无中微子双贝塔衰变；地下实验；热管理；超临界中图分类号：TB657文献标志码：A文章编号：1006-7086（2023）02-0200-09DOI：10.3969/j.issn.1006-7086.2023.02.014HighPurityXenonManagementandHeatManagementDesignforHundredTonsScaleLiquidXenonExperimentZHANGTao，LIUJianglai（SchoolofPhysicsandAstronomy，ShanghaiJiaoTongUniversity，Shanghai200240，China）Abstract：PandaXdetectorisbiggerandbiggerinpastdecadesasotherxenondetectors，e.g.，XENONandLZexperi‐ment，thefarfuturedetectorishundredtonsscale，however，andthecurrentxenonmanagementtechnologyhasfollowingdisadvantage：lowfillingspeed，highenergycost，lowefficientduetophasechangeinfillingandrecuperationprocess.Therefore，itisnecessarytodeveloplargescalehighpurityxenonstorageandhighlyefficientheatmanagementsystemforfuturePandaXdetector.Thenationalstandardlargecapacityseamlesssteelgascylinderoperatingtemperatureis233~333Kandmaximumoperatingpressureis20MPa，thexenonequilibriumpressureisless1.8MPaat238K，so1750kg/m3xenonfillingratioisreasonablewhichhaslowspecificenthalpy，anditcanbetransferbygearpumpwhichhasnodynamicsealing.Pre-coolingandsteppedcoolingprocesscanmaximutilize160Krefrigerator，thexenonfillingspeedis7.5t/dfor1kwcoolingpower.Theproposaldemonstratethatitisfeasibletostorage，quicklyliquif...
