液氦温区特别是1.5 K低温是开展脉冲强磁场下电/磁输运、整数和分数量子霍尔效应和自旋电子学等前沿基础科学研究的重要条件。为此,本文开展了脉冲强磁场科学实验用氦再冷凝式低温系统的设计与实验研究,在强磁场工况下低温系统稳定性、低温系统用高效小型氦液化器设计和研制以及氦再冷凝式低温系统集成和实验等方面系统地进行了研究。在低温系统的稳定性研究方面,分析了脉冲强磁场科学实验用氦再冷凝式低温系统的磁场环境及其对低温系统的潜在影响,建立了脉冲强磁场科学实验用低温系统关键部件与磁场间耦合作用模型,获得了脉冲磁体放电过程中液氦恒温器的涡流分布及其作用下的传热和力学特性,在此基础上对低温系统液氦恒温器进行了优化设计,确保低温系统在高场放电过程中具有良好的热、结构稳定性。在高效小型氦液化器研究方面,为解决已有GM制冷机低温系统中氦液化单元存在的氦气预冷不足、液化效率低问题,提出了两级分离式预冷方法,大幅提升了氦气与制冷机之间的热交换效率;利用1.5 [email protected] K GM制冷机,在115 kPa压力下达到了19 L/day的高液化率,为实现氦再冷凝式低温系统提供了关键的技术支撑;通过分析不同压力工况下的液化率数据,指出压力升高后液氦相变潜热减小是液化率随压力提高而增大的主要原因,而液化器整体的换热效率对压力参数不敏感。在氦再冷凝式低温系统集成和实验方面,通过对小型氦液化器进行外置式模块化设计,完成了氦再冷凝式低温系统的集成,实现了无需加注液氦条件下将样品区域冷却至1.17 K低温、在1.2 K以下维持总时长达118 min,为目前应用于脉冲强磁场科学实验中利用~4He减压降温方式冷却实验样品的最好水平,具有大冷量、高效率、高稳定性等特征。在此基础上,将该低温系统应用于1.2 K、60 T脉冲强磁场下WTe2的磁电阻测量实验,升场与降场过程中WTe2的磁阻曲线完全重合,表明样品温度稳定性良好,验证了所研制低温系统对于脉冲磁场下科学实验的适用性和有效性。