CN106935460B - 一种离子源放电室阴极灯丝杆的连接和冷却结构 - Google Patents
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Abstract
本发明属于离子源放电室的灯丝冷却技术领域，具体涉及一种离子源放电室阴极灯丝杆的连接和冷却结构。该结构包括以下部分：陶瓷可阀、灯丝杆、软铜线、铜连接板、铜管、集流管；(1)通过陶瓷可阀将灯丝杆与放电室背板绝缘连接；(2)灯丝杆穿过放电室背板；(3)铜接线板设置在放电室外，包括正极铜接线板和负极铜接线板；(4)软铜线有两组，通过软铜线将灯丝杆与铜接线板连接；再通过铜接线板接通放电室电源；(5)通过锡焊将铜管缠绕焊接在陶瓷可阀上方的灯丝杆上，通过铜管对灯丝杆进行冷却；(6)用水管接头将铜管与胶管相连，并将胶管连接至集流管上，通过集流管与外界的循环水连接。这种灯丝杆与外围的连接方式有效避免了连接过程中给可阀增加应力，保护了可阀。
Description
技术领域
本发明属于离子源放电室的灯丝冷却技术领域，具体涉及一种离子源放电室阴极灯丝杆的连接和冷却结构。
背景技术
陶瓷可阀穿墙结构在中性束离子源弧放电室上得到了广泛应用。采用这种陶瓷穿墙的方式取得灯丝电极与弧放电室之间的绝缘，比采用两块灯丝板结构方式具有更少的弧放电阴极面积，从而减少离子损失。在同等的弧放电条件下，采用陶瓷可阀穿墙结构的放电室可以获得较高的等离子体密度，具有较高的弧放电效率。
为中国环流器HL-2M装置建造的第一条中性束束线离子源放电室也采用了陶瓷可阀结构。放电室内布置了16根直径1.5mm的钨灯丝，放电室背板上需布置32个陶瓷可阀致使与灯丝相连的灯丝杆与放电室壁之间的绝缘。在弧放电过程中，钨灯丝需要加热到3000K左右才能发射适量电子，实现弧放电。通过单根灯丝的电流约为110A，16根灯丝并联后的总电流约为1800A。如此大的电流需要用多根比较粗的导线与外界相连才能保证在长脉冲运行过程中导线不太热。
中国环流器HL-2A装置中性束离子源放电室采用了将灯丝杆末端分别焊接于两根环形的铜管上的方式，进行通电和冷却。这种结构缺点是：对焊接要求较高，可阀数目增多后，急剧增加加工难度；铜管与灯丝杆之间的连接采用的焊接的方式，如果灯丝杆由于温度变化发生形变，相应地会增加可阀所受应力，增加可阀损坏的可能性；不易更换损坏的可阀，且需要的工作量较大；水路与灯丝杆接触面较小，不利于可阀上灯丝杆快速冷却，不适于开展长脉冲放电。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种离子源放电室阴极灯丝杆的连接和冷却结构，以适应HL-2M装置第一条中性束束线离子源弧放电室陶瓷可阀灯丝杆设计。
为了实现这一目的，本发明采取的技术方案是：
一种离子源放电室阴极灯丝杆的连接和冷却结构，应用于采用陶瓷可阀结构的中性束束线离子源放电室；结构包括以下部分：陶瓷可阀、灯丝杆、软铜线、铜连接板、铜管、集流管；
(1)通过陶瓷可阀将灯丝杆与放电室背板绝缘连接，陶瓷可阀的安装位置根据该结构应用的系统确定；
(2)灯丝杆穿过放电室背板；设定灯丝杆深入放电室的一端为底端，在放电室外的一端为顶端；
灯丝杆分为两组，一组作为灯丝正极，另一组作为灯丝负极；在每一组灯丝杆顶端加工外螺纹；
(3)铜接线板设置在放电室外，包括正极铜接线板和负极铜接线板；正极铜接线板和负极铜接线板通过外电路的导线分别与放电电源的正端和负端连接；
(4)软铜线有两组，都设有绝缘外皮并在两端压接铜线鼻子；
一组软铜线作为正极连接线，其中每根软铜线的铜线鼻子一端固定在作为灯丝正极的灯丝杆顶端，另一端固定在正极铜接线板上；
另一组软铜线作为负极连接线，其中每根软铜线的铜线鼻子一端固定在作为灯丝负极的灯丝杆顶端，另一端固定在负极铜接线板上；
通过软铜线按照上述连接方式将灯丝杆与铜接线板连接；再通过铜接线板接通放电室电源；
(5)通过锡焊将铜管缠绕焊接在陶瓷可阀上方的灯丝杆上，通过铜管对灯丝杆进行冷却；
(6)用水管接头将铜管与胶管相连，并将胶管连接至集流管上，通过集流管与外界的循环水连接。
进一步的，如上所述的一种大功率长脉冲离子源放电室阴极灯丝杆的连接和冷却结构，灯丝杆直径为8mm，铜管的外径为3mm、内径为2mm。
本发明技术方案的有益效果在于：
这种灯丝杆与外围的连接方式有效避免了连接过程中给可阀增加应力，保护了可阀；加工组装容易，价格便宜；单个可阀更换也较为方便。
这种灯丝杆水冷结构对灯丝杆的冷却效果良好，为离子源成功获得长脉冲大功率放电提供了保障；对灯丝杆的冷却，保护了灯丝杆和可阀，增长了可阀的使用寿命；这种冷却结构加工组装简单，价格便宜。
附图说明
图1是离子源放电室陶瓷可阀结构背板示意图。
图中：1-放电室背板，2-陶瓷可阀，3-灯丝杆，4-软铜线，5-铜管，6-铜接线板，7-集流管。
具体实施方式
下面通过附图和具体实施例对本发明技术方案进行进一步详细说明。
HL-2M装置的第一条5MW的中性束离子源放电室采用了陶瓷可阀结构，本发明一种离子源放电室阴极灯丝杆的连接和冷却结构，应用于上述中性束束线离子源放电室；该结构如图1所示，包括以下部分：陶瓷可阀、灯丝杆、软铜线、铜连接板、铜管、集流管；
(1)通过陶瓷可阀将灯丝杆与放电室背板绝缘连接，陶瓷可阀的安装位置根据该结构应用的系统确定；
(2)灯丝杆穿过放电室背板；设定灯丝杆深入放电室的一端为底端，在放电室外的一端为顶端；
灯丝杆分为两组，一组作为灯丝正极，另一组作为灯丝负极；在每一组灯丝杆顶端加工外螺纹；
(3)铜接线板设置在放电室外，包括正极铜接线板和负极铜接线板；正极铜接线板和负极铜接线板通过外电路的导线分别与放电电源的正端和负端连接；
(4)软铜线有两组，都设有绝缘外皮并在两端压接铜线鼻子；
一组软铜线作为正极连接线，其中每根软铜线的铜线鼻子一端固定在作为灯丝正极的灯丝杆顶端，另一端固定在正极铜接线板上；
另一组软铜线作为负极连接线，其中每根软铜线的铜线鼻子一端固定在作为灯丝负极的灯丝杆顶端，另一端固定在负极铜接线板上；
通过软铜线按照上述连接方式将灯丝杆与铜接线板连接；再通过铜接线板接通放电室电源；
利用这种方式，可以避免灯丝杆与外围的硬链接，大大减小了可阀上的应力，避免了可阀由于受较大应力而破损致使放电室真空泄露而无法工作。
(5)通过锡焊将铜管缠绕焊接在陶瓷可阀上方的灯丝杆上，通过铜管对灯丝杆进行冷却；
(6)用水管接头将铜管与胶管相连，并将胶管连接至集流管上，通过集流管与外界的循环水连接。
在放电过程中，灯丝和灯丝杆上将通过很大的电流，并产生焦耳热，如果灯丝杆不能得到及时冷却，灯丝杆上温度将不断升高，灯丝杆和可阀有可能会因为热量堆积引起的温度过高而损坏。放电室可阀上的灯丝杆直径为8mm，因此，选外径3mm内径2mm的铜管，可以绕成与灯丝杆比较贴近的螺旋管，根据空间大小缠绕合适的圈数。将缠绕好的铜管用锡焊的方式将其焊接与可阀灯丝杆上，一方面增加铜管和灯丝杆的接触面积，另一方面也固定了铜管的位置。
加工一头为直径3mm的卡套接头，另一头为外径6mm内径4mm的软管直拧不锈钢过渡接头。用这种接头将铜管和外径6mm内径4mm的软管相连。最后将软管接于外围集流管上。通水后灯丝杆可以得到有效地冷却，铜管与软管的连接避免了相邻灯丝杆之间的短路。
Claims (2)
1.一种离子源放电室阴极灯丝杆的连接和冷却结构，应用于采用陶瓷可阀结构的中性束束线离子源放电室；
其特征在于：该结构包括以下部分：陶瓷可阀、灯丝杆、软铜线、铜连接板、铜管、集流管；
(1)通过陶瓷可阀将灯丝杆与放电室背板绝缘连接，陶瓷可阀的安装位置根据该结构应用的系统确定；
(2)灯丝杆穿过放电室背板；设定灯丝杆深入放电室的一端为底端，在放电室外的一端为顶端；
灯丝杆分为两组，一组作为灯丝正极，另一组作为灯丝负极；在每一组灯丝杆顶端加工外螺纹；
(3)铜接线板设置在放电室外，包括正极铜接线板和负极铜接线板；正极铜接线板和负极铜接线板通过外电路的导线分别与放电电源的正端和负端连接；
(4)软铜线有两组，都设有绝缘外皮并在两端压接铜线鼻子；
一组软铜线作为正极连接线，其中每根软铜线的铜线鼻子一端固定在作为灯丝正极的灯丝杆顶端，另一端固定在正极铜接线板上；
另一组软铜线作为负极连接线，其中每根软铜线的铜线鼻子一端固定在作为灯丝负极的灯丝杆顶端，另一端固定在负极铜接线板上；
通过软铜线按照上述连接方式将灯丝杆与铜接线板连接；再通过铜接线板接通放电室电源；
(5)通过锡焊将铜管缠绕焊接在陶瓷可阀上方的灯丝杆上，通过铜管对灯丝杆进行冷却；
(6)用水管接头将铜管与胶管相连，并将胶管连接至集流管上，通过集流管与外界的循环水连接。
2.如权利要求1所述的一种大功率长脉冲离子源放电室阴极灯丝杆的连接和冷却结构，其特征在于：灯丝杆直径为8mm，铜管的外径为3mm、内径为2mm。
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