聚变能作为一种清洁高效且近乎无限的能源,是解决未来人类社会“能源危机”的最终解决方案。世界多个国家都开展了受控核聚变技术的研究,中国作为科技和经济强国,在磁约束聚变技术的研究上也处于世界前列水平,目前正在开展下一代磁约束托卡马克装置-中国聚变工程试验堆（CFETR）的设计研究工作。泵输系统是CFETR的重要组成部分,承担着抽除氘氚反应生成的氦灰、未燃烧的氘氚燃料和杂质粒子的功能,并为氘氚的聚变反应提供一个超高真空环境。泵输系统中的低温泵是目前托卡马克装置的主流抽气设备,低温泵的大抽速和清洁真空的特点非常契合托卡马克的运行需求。CFETR作为中国下一代大型托卡马克装置,目标建成示范聚变电厂,因此需要设计一套能够满足CFETR物理参数和运行模式的低温泵。本论文依据CFETR物理设计需求开展了大抽速低温泵的设计工作,通过理论计算的方法给出了 CFETR低温泵的性能参数如抽速、极限真空度、热负荷、氚滞留量和渗透量的计算结果,并确定了低温泵结构部件的设计、结构材料和吸附材料的选择、百叶窗挡板和低温板内冷却剂的流动方案,并从可靠性的角度出发提出了全新的双阀门结构低温泵的设计方案,并对双阀门结构设计中受力部件推杆和前阀盖做出静力学分析,最后给出了整个低温泵抽气系统布置和运行方案、故障解决方案和安全系统的设计方案。CFETR低温泵是外置式的制冷机循环低温泵,主要由结构部件、80K热屏系统和4.5K低温板组成。其中结构部件是低温泵的支撑结构,80K热屏系统围绕4.5K低温板布置以降低其所受热负荷,提升低温板对氢同位素气体和氦气的冷凝吸附能力。第一章内容为核能的发展史,介绍了裂变能和聚变能的发展,尤其是中国下一代磁约束聚变项目CFETR的发展现状。并介绍了低温泵在现代托卡马克装置中的应用。第二章内容为低温泵的抽气原理即低温冷凝、低温吸附和低温捕集的研究现状及成果,为后续的计算部分提供理论依据。并从安全要求和参数要求两方面给出了 CFETR低温泵的两大设计准则。第三章内容涉及低温泵的性能参数的计算,根据CFETR真空抽气系统的要求确定了单台泵对偏滤器出口的抽速、极限真空度、所受气体热负荷这三个衡量低温泵性能的参数。因为低温泵是工作在氚环境下的,也对低温泵最可能出现氚滞留和渗透的地方做了氚的输运参数的相关理论计算,结果表明低温泵系统是不需要考虑阻氚的。第四章内容为结构部件的设计,分为两部分。第一部分是低温泵的内部结构设计,主要为80K挡板和4.5K低温板的结构设计、材料选择和冷却剂流动路线规划。第二部分为外部结构设计,这部分内容也是本文的创新之处,给出了双阀门结构低温泵的设计方案,并对主要的受力部件推杆和阀盖做了应力和变形分析,结果初步表明设计方案是可行的。第五章内容为泵组的布置和运行规划及安全分析。给出了泵组在CFETR下端口的布置方式,并确定了 CFETR稳态运行时泵组的运行表、工作时间和再生时间、再生温度。最后对低温泵最可能出现的故障和原因,并给出了相应的解决方案,此外还设计了一套泵堕化系统以提升低温泵的安全性能。