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国际热核聚变实验堆ITER(Intemational Thermonuclear Experimental Reactor)装置馈线系统中的线圈终端盒CTB(Coil Terminal Box)，是为磁体馈线系统中的管、缆、线，分别与低温车间、电源大厅以及数据收集系统的相连接，提供了接口和屏蔽保护。由于该CTB盒体内部是高真空、低温环境，其内部固体导热和残余气体导热较小，而辐射传热是最主要热传递方式。因而在300K～4K温区之间设置一道80K～100K的热辐射层(即冷屏)，可以大大降低4K温区的热负荷。根据ITER国际组对CTB冷屏设计的要求，冷屏结构既要能满足强度的要求，同时还要满足其温度分布的要求：冷屏各部位最大温差不能大于10K冷屏材料与冷却氦气之间的温度梯度不能大于10K；冷屏冷却氦气的质量流率必须尽量小；并且所有热载荷造成的冷却氦气温降不能大于20K。
本课题——ITER装置CTB盒原型件冷屏传热设计分析与实验研究，是来源于国家重点基础研究发展计划(973计划)项目“ITER高温超导超大电流引线型超导传输线的研究”(2008CB717906)，和ITER计划专项“ITER大型超导磁体系统馈线研究”(2008GB102000)的支持。论文对CTB盒冷屏进行了设计、传热理论计算与分析，以此制作了CTB原型件，并搭建实验平台对其开展了测试试验，从而确定了冷屏设计制造中的相关技术参数和工艺要求，为降低未来工程制造风险，掌握建造聚变堆关键技术，形成自主创新技术，以及未来我国开发热核聚变能源积累了工程经验。
本课题研究的重点是：通过对CTB盒冷屏、多层绝热结构型式进行传热性能分析，以及对冷屏表面镀层辐射率的研究，选取了冷屏材料，完成了冷屏结构的初步设计。通过理论计算、有限元数值模拟分析和流-固场耦合仿真分析，从理论上优化和验证了冷屏的结构。最后，根据设计参数制作了CTB原型件，并通过对原型件的实验测试，最终获得了满足国际组要求的CTB冷屏结构。
本论文的具体研究内容和创新点如下：
首先，对CTB原型件冷屏结构进行了理论分析和优化设计。包括：冷屏面板及冷却管材料的选择与设计；冷屏面板厚度、冷却管截面型式和冷却管间距的优化与设计；冷屏面板与冷却管连接型式的分析比较与确定。
其次，对CTB冷屏可能选择的两种绝热方式分别展开了分析、计算与实验研究。通过对高真空多层绝热技术结构型式、材料选择、影响性能因素，以及绝热层热流形式进行分析、计算，确定了多层绝热结构，并通过实验测得其当量热导率：通过对铝合金镀银、铝合金镀铜、铝合金镀镍，紫铜镀银，紫铜抛光等五种不同组合型式的结构进行镀层热性能分析与实验，获得了不同材料镀层的热辐射系数，并得到了铝镀银结构型式相对来说绝热效果最佳的结论。
再次，把传统的传热学肋片传热有限元理论应用到冷屏热分析计算中，得出了冷屏上温度分布的计算结果。再利用FLUENT分析软件对其进行了流一固耦合仿真分析；并利用ANSYS有限元分析软件对CTB盒冷屏结构型式进行了力学性能分析，确保了冷屏结构整体安全达到设计要求。
最后，根据前述设计、计算、模拟分析的结果，制作了1：1的CTB盒原型件，搭建了实验平台，对所选取相应材料的冷屏、冷却管和多层绝热等影响冷屏热性能的关键参数和力学性能进行了测试。通过对实验结果、理论计算、仿真分析结果的比较，验证了各项结构技术参数，使得原型件各方面的性能都达到了国际组的技术要求。为CTB盒的进一步研制和下一轮实验以及未来的大规模生产奠定了理论和实验基础。