CN102109547B

CN102109547B - 托卡马克装置强场侧扫描探针系统

Info

Publication number: CN102109547B
Application number: CN 200910259798
Authority: CN
Inventors: 洪文玉; 严龙文
Original assignee: Southwestern Institute of Physics
Current assignee: Southwestern Institute of Physics
Priority date: 2009-12-24
Filing date: 2009-12-24
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2029-12-24
Also published as: CN102109547A

Abstract

本发明属于托卡马克装置技术领域，具体地说是一种托卡马克装置强场侧扫描探针系统。解决托卡马克装置强场侧边缘等离子体参数的测量问题。轴通过轴承、轴承套装配到固定支架上，线圈及线圈框架和探针固定架连接管分别装配到轴上，线圈及线圈框架平面与探针固定架连接管轴向相互垂直；探针固定架连接管上设有探针固定架，探针固定架上设有探针插座，探针插座上设有探针，探针分两组，一组沿环向布置、另一组沿极向布置，与探针连接的引线通过探针固定架连接管引出。采用热解石墨材料制成的探针，采用数字光栅位移可自动测量和控制运动位移量。它可在受控核聚变研究装置一次放电中同时测量出边缘电子温度、密度、电位和电场的分布，它们在边缘物理研究中是极其重要的参数。

Description

托卡马克装置强场侧扫描探针系统

技术领域

本发明属于托卡马克装置技术领域，具体地说是一种托卡马克装置强场侧扫描探针系统。利用托卡马克装置强场侧的环向磁场为(纵场)和触发电流为I的脉冲电流通过垂直于环向磁场的线圈时，线圈框架绕轴旋转而产生的力F来带动探针组件沿环向扫描等离子体边缘区，测量强场侧磁分界面内外等离子体参数、流速、粒子通量以及湍流的极向和环向模数对称性和径向传播，研究等离子体输运和约束特性。

背景技术

等离子体微湍流能引起粒子和能量的反常输运。边缘等离子体的性质对整体的等离子体的约束性能起至关重要的作用，而边缘区域的粒子和能量输运过程主要是由静电涨落引起的。因此，理解边缘静电涨落的性质和物理机制对改善等离子体整个约束性能有着重要的意义。

目前，国际上对托卡马克装置强场侧边缘等离子体参数的测量和研究甚少，Alcator C-Mod装置开展了强场侧刮离层(SOL)的等离子体参数和平行流流速的研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种开展强场侧边缘等离子体参数、流速、输运、湍流扰动、高频湍流的极向和环向模数对称性和径向传播以及它们的三维空间结构研究的托卡马克装置强场侧扫描探针系统。

实现本发明目的的技术方案：一种托卡马克装置强场侧扫描探针系统，轴通过轴承、轴承套装配到固定支架上，线圈及线圈框架和探针固定架连接管分别装配到轴上，线圈及线圈框架平面与探针固定架连接管轴向相互垂直；探针固定架连接管上设有探针固定架，探针固定架上设有探针插座，探针插座上设有探针，探针分两组，一组沿环向布置、另一组沿极向布置，与探针连接的引线通过探针固定架连接管引出。

进一步所述：在固定支架横向上设有限位开关固定板，固定板上设有限位开关，限位开关延伸至线圈及线圈框架。

进一步所述：在固定支架纵向上设有光栅尺。

进一步所述：热解石墨材料制成的探针。

进一步所述：在固定支架上设有屏蔽挡板。

本发明的有益效果：(1)极向和环向两组探针阵列的探针处在同一磁面上，即安装在强场侧扫描探针机构上的任何探针组件的径向方向某一探针可保证处在同一磁面上，为大尺度的相关测量提供保障；(2)采用热解石墨材料制成的探针，全屏蔽式的热解石墨保护套结构，因热解石墨材料纯度高、溅射小、使用寿命长，对等离子体的污染小，测量的等离子体边缘参数分布数据准确可靠；(3)采用数字光栅位移可自动测量和控制运动位移量，以确定探针的空间位置，其位移分辨率达到了0.04mm；(4)整套系统安装了防护的屏蔽挡板，除周边有挡板外，上面也有部分挡板，减小了对主等离子体的污染，延长了使用寿命，确保了测量数据的准确性和可靠性。信号的数据采集频率为1MHz，精度为14比特。

它可在受控核聚变研究装置一次放电中同时测量出边缘电子温度、密度、电位和电场的分布，它们在边缘物理研究中是极其重要的参数。可以研究从刮离层到磁分界面之间的等离子体输运机制；研究中性粒子密度及其分布对L-H模转换功率阈值和边缘台基结构的影响；研究涨落的抑制和边缘输运垒的形成；研究极向旋转和压强梯度的作用；研究环向旋转和刮削层环向流对H模功率阈值的重要影响；研究边缘等离子体径向电场剪切、湍流和带状流特性随加热功率变化的规律。

附图说明

图1为本发明的一种托卡马克装置强场侧扫描探针系统的剖视图；

图2为图1的线圈及其线圈框架5与探针固定架连接管3安装位置、控制机构安装位置示意图。

图中：

1.轴用卡圈；2.探针固定架；3.探针固定架连接管；4.轴套；5.线圈及其线圈框架；6.轴；7.固定支架；8.轴承；9.引线；10.探针插座；11.限位开关固定板；12.限位开关；13.光栅尺。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的内容进一步说明。

如图1、2所示，托卡马克装置强场侧扫描探针系统，包括支架、探针机构和控制机构两部分构成。

其中探针机构，包括轴用卡圈1、探针固定架2、探针固定架连接管3、轴套4、线圈及其线圈框架5、轴6、固定支架7、轴承8，引线9和探针插座10。探针固定架连接管3呈圆筒状，并在其圆筒壁上中部开设径向通孔。探针固定架2呈端塞状，探针固定架2的一端插入探针固定架连接管3一端内，探针固定架2与探针固定架连接管3连接，探针插座10插入探针固定架2的另一端。热解石墨材料制成的探针通过探针插座10固定在探针固定架2顶盖上，探针分两组，一组水平垂直探针固定架2轴线沿环向布置、另一组上下垂直探针固定架2轴线极向布置，探针插座10的左端连接引线9。线圈及其线圈框架5中部为圆柱、径向外延长条的摆针状，线圈及其线圈框架5中部圆柱开有轴向通孔。将轴6插入线圈及其线圈框架5的轴向通孔，在线圈及其线圈框架5外侧的轴6上分别安装中、下部轴套4，中部轴套4的一侧轴6插入探针固定架连接管3的径向通孔，线圈及其线圈框架5的平面与探针固定架连接管3的轴线相互垂直，呈90度角，并在其外侧的轴6上安装上部轴套4。固定支架7为两块带外沿的支板，固定支架7的两支板上开设有径向通孔，将组装后的轴6的两端分别通过轴承8装配到固定支架7的径向通孔中，轴用卡圈1安装在固定支架7外部轴6的两端上，轴用卡圈1将轴6卡紧，防止其轴向窜动。引线9从探针固定架连接管3穿过，沿轴6两侧通过延伸出探针固定架连接管3外部。

其中控制机构，包括限位开关固定板11、限位开关12和光栅尺13。限位开关固定板11沿横向固定在固定支架7的一侧支板上，限位开关12安装在限位开关固定板11的两端上，并且限位开关12延伸到线圈及其线圈框架5轴线处，光栅尺13沿纵向固定在固定支架7的另一侧支板上。

屏蔽挡板是安装在固定支架7外沿上的安装螺钉外的端面上，用螺钉固定在支架7上。

使用时：通过固定支架7外沿上的安装螺钉将整个系统固定在托卡马克装置的真空室内壁上。整套系统安装了防护的屏蔽挡板，除周边有挡板外，上面也有部分挡板。

工作过程：在HL-2A装置运行期间，装置的强场侧便存在很强的环向磁场

(纵场)，当线圈的触发信号触发后，电流I通过线圈，线圈框架绕轴旋转而带动探针组件旋转扫描过等离子体边缘。利用限位开关来控制通过线圈的电流I断开，线圈框架绕轴旋转停止，然后切换通过线圈的电流I方向，探针组件便返回旋转扫过等离子体边缘。实现了旋转探针组件的扫描过程，从而测量了HL-2A装置强场侧的的边缘等离子体参数和特性及其径向分布。测量探针在强场侧等离子体边缘的径向位置变化是通过同步移动的光删尺来指示。

本发明的托卡马克装置强场侧扫描探针系统可以直接测量强场侧边缘等离子体悬浮电位、电场和密度扰动的低频和测地声模带状流、准相关模和高频湍流的极向和环向模数对称性和径向传播，以及三维空间结构。计算电场和E×B速度的三维分布。在HL-2A实验期间，该设备投入使用，可获得许多重要实验数据，特别是可在一次放电中测量出强场侧边缘等离子体参数的时空分布。可在HL-2A装置同时观测到对应于电位、电场和密度扰动的极向和环向模数对称性(m～0-1，n～0)以及低频和测地声模带状流、准相关模和高频湍流的极向和环向模数径向传播和三维空间结构分布。它们在研究等离子体边缘物理中起了相当重要的作用。为聚变等离子体的反常输运机理研究提供实验依据，为国际热核反应堆(ITER)实验提供数据资料和运行经验。

Claims

1.一种托卡马克装置强场侧扫描探针系统，其特征在于：轴通过轴承、轴承套装配到固定支架上，线圈及线圈框架和探针固定架连接管分别装配到轴上，线圈及线圈框架平面与探针固定架连接管轴向相互垂直；探针固定架连接管上设有探针固定架，探针固定架上的探针插座设有热解石墨材料制成的探针，探针分两组，一组沿环向布置、另一组沿极向布置，与探针连接的引线通过探针固定架连接管引出；在固定支架横向上设有限位开关固定板，固定板上设有限位开关，限位开关延伸至线圈及线圈框架，在固定支架纵向上设有光栅尺。

2.如权利要求1所述的一种托卡马克装置强场侧扫描探针系统，其特征在于：在固定支架上设有屏蔽挡板。