CN106935471A - 一种离子源放电室与加速器之间的陶瓷屏蔽结构 - Google Patents

一种离子源放电室与加速器之间的陶瓷屏蔽结构 Download PDF

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Abstract

本发明属于大功率长脉冲离子源放电室与加速器之间的绝缘屏蔽技术领域，具体涉及一种离子源放电室与加速器之间的陶瓷屏蔽结构。本发明应用于托卡马克装置的大功率长脉冲离子源放电室与加速器之间；包括以下方面的设计：根据中性束离子源放电室与加速器的空间几何尺寸，确定布置陶瓷绝缘屏蔽结构的分布区域；采用多块陶瓷片相压接，并用陶瓷螺钉、陶瓷螺帽将各个陶瓷片固定于放电室上的方式，组成陶瓷屏蔽结构；一个完整的陶瓷屏蔽结构共包括3种尺寸的陶瓷片，每种尺寸的陶瓷片各4片；每片陶瓷片的厚度为3mm。采用上述方案可以实现离子源放电室与加速器之间的绝缘屏蔽的同时，降低加工难度，减小加工成本。

Description

一种离子源放电室与加速器之间的陶瓷屏蔽结构
技术领域
本发明属于大功率长脉冲离子源放电室与加速器之间的绝缘屏蔽技术领域，具体涉及一种离子源放电室与加速器之间的陶瓷屏蔽结构。
背景技术
在中国环流器HL-2M装置第一条中性束束线离子源实验运行过程中发现，在离子源放电室和加速器之间需要增加绝缘屏蔽，避免等离子体产生后在放电室和加速器之间产生局部拉弧而最终导致弧放电不正常，且严重时可能损坏放电室和加速器电极。由于该离子源是大功率长脉冲放电，因此，一般的绝缘材料，如麦拉或四氟材料，在离子源长脉冲高功率放电过程中由于受等离子体的轰击而熔化或烧灼，使用寿命很短，无法满足实验需求。因此，适合选用耐高温的陶瓷材料。
HL-2M装置第一条中性束束线离子源放电室和加速器之间的这种绝缘屏蔽外围尺寸约为650mm*360mm。如果选用陶瓷材料做绝缘屏蔽，尺寸如此大的陶瓷板加工难度很大，由于大尺寸的陶瓷板在烧结过程中的变形量比较大大，满足形变要求的成品率很低，对应的加工成本很高。
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与加速器之间的陶瓷屏蔽结构，从而实现离子源放电室与加速器之间的绝缘屏蔽的同时，降低加工难度，减小加工成本。
为了实现这一目的，本发明采取的技术方案是：
一种离子源放电室与加速器之间的陶瓷屏蔽结构，应用于托卡马克装置的大功率长脉冲离子源放电室与加速器之间；包括以下方面的设计：
根据中性束离子源放电室与加速器的空间几何尺寸，确定布置陶瓷绝缘屏蔽结构的分布区域：外边框是长度为650mm、宽度为360mm、四个角的倒角为R20mm的矩形区域；
采用多块陶瓷片相压接，并用陶瓷螺钉、陶瓷螺帽将各个陶瓷片固定于放电室上的方式，组成陶瓷屏蔽结构；
一个完整的陶瓷屏蔽结构共包括3种尺寸的陶瓷片，每种尺寸的陶瓷片各4片；每片陶瓷片的厚度为3mm；
第一种尺寸的陶瓷片在厚度方向上的截面为七边形，七边形的七条边的长度依次为121mm、121mm、48mm、15.17mm、15.17mm、48mm，七个内角依次为90°、90°、90°、135°、135°、90°、90°；在其中两条长度为121mm的边的夹角位置处设置R20mm的倒角，在两个135°内角的顶角处开设R20mm的倒角；
第二种尺寸的陶瓷片在厚度方向上的截面为长方形，长度为118mm，宽度为48mm；
第三种尺寸的陶瓷片在厚度方向上的截面为长方形，长度为149mm，宽度为48mm；
分别用1、2、3表示3种尺寸的陶瓷片，在相邻的两片陶瓷片之间衔接的部分为3种尺寸的陶瓷片结构中在厚度方向上的截面上长度为48mm的边；在相邻的两片陶瓷片之间衔接的部分设置台阶结构；
3种尺寸的陶瓷片按以下顺序依次连接：1-3-2-3-1-2-1-3-2-3-1-2，连接后形成外边框是长度为650mm、宽度为360mm、四个角的倒角为R20mm的矩形区域；
在每片陶瓷片上设不少于2个小孔，小孔是圆台状开孔结构，分为上部和下部两部分，上部的直径为L1，深度为1.6mm；下部的直径为L2，深度为1.4mm；陶瓷螺钉、陶瓷螺帽分别与小孔的下部和上部相配合，将各陶瓷片固定于放电室上；陶瓷螺帽的高度为2mm。
进一步的，如上所述的一种离子源放电室与加速器之间的陶瓷屏蔽结构，陶瓷材料为以下两种氧化铝陶瓷的一种：氧化铝含量为95％的95瓷、氧化铝含量为99％的99瓷。
进一步的，如上所述的一种离子源放电室与加速器之间的陶瓷屏蔽结构，陶瓷片边缘相对放电室边缘向真空内突出2mm，以控制离子源放电室与加速器之间绝缘屏蔽。
本发明技术方案为HL-2M装置第一条中性束束线离子源弧放电室和加速器之间设计了一种陶瓷绝缘屏蔽结构。具有如下有益效果：
(1)这种采用多块陶瓷片相压接的方式，并用陶瓷螺钉将各个陶瓷片固定于放电室上，组成了大面积的陶瓷屏蔽结构，实现了离子源放电室与加速器之间的绝缘屏蔽。
(2)陶瓷材料的绝缘片耐高温，在真空室内的放气率低，对真空带来的污染较小，能够满足实验真空需求。
(3)将面积较大的陶瓷板划分为多片的方式，减小了单个陶瓷片的尺寸，降低了加工难度，大大减小了加工成本。
(4)一个完整的绝缘屏蔽结构共需要3种尺寸的陶瓷片，每种尺寸的绝缘片各需要四片，共12片。不同尺寸的陶瓷片数量较少，且每种尺寸的陶瓷片利用率高。加工组装容易，价格便宜；单个陶瓷片更换也较为方便。
(5)小孔采用了台阶式结构，陶瓷螺钉的螺帽可以部分沉入小孔台阶内，为放电室下面接的加速器部分节省了空间。
附图说明
图1为陶瓷屏蔽层划分示意图。
图中：1陶瓷片1,2陶瓷片2,3陶瓷片3。
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。
本发明一种离子源放电室与加速器之间的陶瓷屏蔽结构，应用于托卡马克装置的大功率长脉冲离子源放电室与加速器之间；根据HL-2M装置的第一条5MW的中性束离子源放电室与加速器的空间几何尺寸，包括以下方面的设计：
根据中性束离子源放电室与加速器的空间几何尺寸，确定布置陶瓷绝缘屏蔽结构的分布区域：外边框是长度为650mm、宽度为360mm、四个角的倒角为R20mm的矩形区域；
采用多块陶瓷片相压接，并用陶瓷螺钉、陶瓷螺帽将各个陶瓷片固定于放电室上的方式，组成陶瓷屏蔽结构；
一个完整的陶瓷屏蔽结构共包括3种尺寸的陶瓷片，每种尺寸的陶瓷片各4片；每片陶瓷片的厚度为3mm；在本实施例中，陶瓷材料为以下两种氧化铝陶瓷的一种：氧化铝含量为95％的95瓷、氧化铝含量为99％的99瓷；陶瓷片边缘相对放电室边缘向真空内突出2mm，以控制离子源放电室与加速器之间绝缘屏蔽。
第一种尺寸的陶瓷片在厚度方向上的截面为七边形，七边形的七条边的长度依次为121mm、121mm、48mm、15.17mm、15.17mm、48mm，七个内角依次为90°、90°、90°、135°、135°、90°、90°；在其中两条长度为121mm的边的夹角位置处设置R20mm的倒角，在两个135°内角的顶角处开设R20mm的倒角；
第二种尺寸的陶瓷片在厚度方向上的截面为长方形，长度为118mm，宽度为48mm；
第三种尺寸的陶瓷片在厚度方向上的截面为长方形，长度为149mm，宽度为48mm；
分别用1、2、3表示3种尺寸的陶瓷片，在相邻的两片陶瓷片之间衔接的部分为3种尺寸的陶瓷片结构中在厚度方向上的截面上长度为48mm的边；在相邻的两片陶瓷片之间衔接的部分设置台阶结构；
3种尺寸的陶瓷片按以下顺序依次连接：1-3-2-3-1-2-1-3-2-3-1-2，连接后形成外边框是长度为650mm、宽度为360mm、四个角的倒角为R20mm的矩形区域；
在每片陶瓷片上设置不少于2个小孔，小孔是圆台状开孔结构，分为上部和下部两部分，上部的直径为L1，深度为1.6mm；下部的直径为L2，深度为1.4mm；陶瓷螺钉、陶瓷螺帽分别与小孔的下部和上部相配合，将各陶瓷片固定于放电室上；陶瓷螺帽的高度为2mm。

Claims (3)

1.一种离子源放电室与加速器之间的陶瓷屏蔽结构，应用于托卡马克装置的大功率长脉冲离子源放电室与加速器之间；其特征在于，包括以下方面的设计：
根据中性束离子源放电室与加速器的空间几何尺寸，确定布置陶瓷绝缘屏蔽结构的分布区域：外边框是长度为650mm、宽度为360mm、四个角的倒角为R20mm的矩形区域；
采用多块陶瓷片相压接，并用陶瓷螺钉、陶瓷螺帽将各个陶瓷片固定于放电室上的方式，组成陶瓷屏蔽结构；
一个完整的陶瓷屏蔽结构共包括3种尺寸的陶瓷片，每种尺寸的陶瓷片各4片；每片陶瓷片的厚度为3mm；
第一种尺寸的陶瓷片在厚度方向上的截面为七边形，七边形的七条边的长度依次为121mm、121mm、48mm、15.17mm、15.17mm、48mm，七个内角依次为90°、90°、90°、135°、135°、90°、90°；在其中两条长度为121mm的边的夹角位置处设置R20mm的倒角，在两个135°内角的顶角处开设R20mm的倒角；
第二种尺寸的陶瓷片在厚度方向上的截面为长方形，长度为118mm，宽度为48mm；
第三种尺寸的陶瓷片在厚度方向上的截面为长方形，长度为149mm，宽度为48mm；
分别用1、2、3表示3种尺寸的陶瓷片，在相邻的两片陶瓷片之间衔接的部分为3种尺寸的陶瓷片结构中在厚度方向上的截面上长度为48mm的边；在相邻的两片陶瓷片之间衔接的部分设置台阶结构；
3种尺寸的陶瓷片按以下顺序依次连接：1-3-2-3-1-2-1-3-2-3-1-2，连接后形成外边框是长度为650mm、宽度为360mm、四个角的倒角为R20mm的矩形区域；
在每片陶瓷片上设置不少于2个小孔，小孔是圆台状开孔结构，分为上部和下部两部分，上部的直径为L1，深度为1.6mm；下部的直径为L2，深度为1.4mm；陶瓷螺钉、陶瓷螺帽分别与小孔的下部和上部相配合，将各陶瓷片固定于放电室上；陶瓷螺帽的高度为2mm。
2.如权利要求1所述的一种离子源放电室与加速器之间的陶瓷屏蔽结构，其特征在于：陶瓷材料为以下两种氧化铝陶瓷的一种：氧化铝含量为95％的95瓷、氧化铝含量为99％的99瓷。
3.如权利要求1所述的一种离子源放电室与加速器之间的陶瓷屏蔽结构，其特征在于：陶瓷片边缘相对放电室边缘向真空内突出2mm，以控制离子源放电室与加速器之间绝缘屏蔽。
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