CN108932982B - 一种用于直线强磁场装置的高束流等离子体阵列源 - Google Patents

Abstract

一种用于直线强磁场装置的高束流等离子体阵列源，由环形壳体、冷却管道、环形固定板、进水管道、出水管道构成，进水管道、出水管道分别安装在环形壳体左右两部，环形固定板安装在环形壳体周围，进水管道和核聚变实验设备配套冷却水供水端通连接，出水管道和核聚变实验设备冷却水排水端连接，核聚变实验设备的多套等离子体发生设施下部安装在环形壳体上部，核聚变实验设备的控制电源正极和环形壳体通过导线连接，控制电源负极和多套等离子体发生设施负极供电端通过导线连接，密封板安装在环形壳体上部固定孔上，环形固定板安装在等离子体发生设施安装板上。本发明可方便实现不同功率、不同样品照射位置的等离子束斑。

Description

一种用于直线强磁场装置的高束流等离子体阵列源

技术领域

本发明涉及核聚变实验设备使用的配套设施领域，特别是一种用于直线强磁场装置的高束流等离子体阵列源。

背景技术

目前，全球能源需求急剧增加，在众多新能源中核聚变能由于高效、清洁被认为是最具潜力的可持续能源之一，因而现在全世界各工业强国都在对核聚变进行持续性研究，也取得了长足的进步。在核聚变实验设备中，等离子体源发生设施输出的等离子体源被箍缩形成一定直径的束斑，然后照射在样品上，从而使样品产生聚变的热量得以释放；因而，在核聚变实验中，如何有效提供高密度、高离化率的等离子体束流，满足聚变材料的聚变能量需求是核聚变取得成功的一步关键性因素，其中，等离子体源发生设施输出的等离子束斑照射在样品上位置、以及作用于样品的功率，是重中之重。现有的核聚变实验设备只能采用单一的等离子体源发生设施作为产生离子束流，在实验中，如果要加大等离子体源发生设施发出的等离子束流密度，就必须加大等离子体源发生设施的输入功率或外加磁场强度，而现有技术条件下，核聚变实验设备外加磁场强度最大强度只有1.6T，等离子体源发生设施的输入功率只有50Kw，输出等离子束流密度只有7.5×10²⁰m³，如果想进一步提高等离子束流的密度，不但导致成本增长、投入大，而且受到现有核聚变实验设备构造所限，也不容易实现。

发明内容

为了克服现有核聚变试验设备存在的弊端，本发明提供了布局结构合理，可以满足采用Ar、He、N2、H2作为气源的多种等离子体源发生设施使用，使用时可根据聚变材料聚变功率需要，对等离子体源发生设施的输出功率不同要求，方便安装不同套数的等离子体源发生设施，实现等离子体源发生设施的输出功率在很大范围内进行调节，以满足不同聚变材料不同场合的聚变使用要求，而且，等离子体源发生设施产生的等离子体束斑尺寸可以由等离子体源发生设施安装的位形进行调节，适应性强，且结构简单紧凑，安装维修方便，加工成本低，易于推广的一种用于直线强磁场装置的高束流等离子体阵列源。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于直线强磁场装置的高束流等离子体阵列源，其特征在于由环形壳体、冷却管道、环形固定板、进水管道、出水管道构成，环形壳体、冷却管道、环形固定板、进水管道、出水管道是金属材质，环形壳体为中空结构，环形壳体左右两部各有一个开孔，环形壳体上部间隔一定距离有多个开孔，多个开孔周围分别有四个固定孔，进水管道、出水管道分别安装在环形壳体左右两部的开孔上，环形固定板安装在环形壳体周围，环形固定板上有多个固定孔，进水管道和核聚变实验设备上配套冷却水供水端通过管道、管道接头连接，出水管道和核聚变实验设备上冷却水排水端通过管道、管道接头连接，核聚变实验设备上的多套等离子体源发生设施下部通过螺杆螺母安装在环形壳体上部多个开孔周围的四个固定孔上，多套等离子体源发生设施下部正极供电端和环形壳体处于非绝缘状态，核聚变实验设备上的控制电源正极和环形壳体通过导线连接，核聚变实验设备上的控制电源负极和多套等离子体源发生设施上部负极供电端通过导线连接，通过环形固定板周围多个开孔和核聚变实验设备上的等离子体源发生设施安装板上多个开孔，用螺杆螺母将环形固定板安装在核聚变实验设备的等离子体源发生设施安装板上。

所述的环形壳体上部多个开孔周围的四个固定孔，四个固定孔的孔径，四个固定孔之间左右、前后距离和核聚变实验设备的每套等离子体源发生设施下部四个安装孔的孔径，四个安装孔之间左右、前后距离一致。

本发明有益效果是：本发明可根据聚变材料的聚变功率需要，对等离子体源发生设施的输出功率不同要求，安装不同套数的等离子体源发生设施，通过等离子体源发生设施在环形壳体上沿圆周阵列或矩形阵列分布，可以在工作时产生不同功率的等离子束斑，以及照射在样品不同位置的等离子束斑，实现等离子体源发生设施输出功率可以在很大范围内调节，以满足不同聚变材料不同场合的聚变使用要求，而且，等离子体源发生设施产生的等离子体束斑尺寸可以由等离子体源发生设施安装的位形调节达到，且环形壳体内有循环水流动，等离子体源发生设施工作产生的热量能被带走，防止了等离子体源发生设施工作温度过高、等离子体源发生设施上的密封装置损坏。本发明能满足多种等离子体源发生设施的安装使用，可使等离子体源发生设施发出不同功率、不同照射位置的等离子束斑，并能防止等离子体源发生设施上的密封装置因高温而损坏，所以具有好的应用前景。

附图说明

以下结合附图和实施例将本实发明做进一步说明。

图1是本发明前视结构示意图。

图2是本发明俯视图。

具体实施方式

图1、图2中所示，一种用于直线强磁场装置的高束流等离子体阵列源，由环形壳体1、冷却管道2、环形固定板3、进水管道4、出水管道5构成，环形壳体1、冷却管道2、环形固定板3、进水管道4、出水管道5是金属材质，环形壳体1为中空结构，环形壳体1左右两部各有一个开孔，环形壳体1上部间隔一定距离有多个开孔，多个开孔周围分别有四个固定孔1-1，进水管道4、出水管道5分别安装在环形壳体1左右两部的开孔上，环形固定板3安装在环形壳体1周围，环形固定板3上有多个固定孔，进水管道4和核聚变实验设备上配套冷却水供水端通过管道、管道接头连接，出水管道5和核聚变实验设备上冷却水排水端通过管道、管道接头连接，核聚变实验设备上的多套等离子体源发生设施6下部通过螺杆螺母安装在环形壳体1上部多个开孔周围的四个固定孔上，多套等离子体源发生设施6下部正极供电端和环形壳体1处于非绝缘状态，核聚变实验设备上的控制电源7正极和环形壳体1通过导线连接，核聚变实验设备上的控制电源7负极和多套等离子体源发生设施6上部负极供电端通过导线连接，通过环形固定板3周围多个开孔和核聚变实验设备上的等离子体源发生设施安装板上多个开孔，用螺杆螺母将环形固定板3安装在核聚变实验设备的等离子体源发生设施安装板上。环形壳体1上部多个开孔周围的四个固定孔，四个固定孔的孔径，四个固定孔之间左右、前后距离和核聚变实验设备的每套等离子体源发生设施6下部四个安装孔的孔径，四个安装孔之间左右、前后距离一致。

图1、图2中，本发明能满足采用Ar、He、N2、H2作为气源的多种等离子体源发生设施使用。使用时，根据聚变材料的聚变功率需要，调节等离子体源发生设施6的输出功率以及不同样品等离子束斑照射位置时，通过取下环形固定板3和核聚变实验设备等离子体源发生设施安装板上开孔的螺杆螺母，将本发明从核聚变实验设备等离子体发生设施安装板上拆下；然后根据聚变样品的需要，采用不同套数的等离子体源发生设施6，通过等离子体源发生设施6在环形壳体1上沿圆周阵列或矩形阵列分布，可以在工作时产生不同功率的等离子束斑，以及照射在样品不同位置的等离子束斑；冷却水经进水管道4进入后，将等离子体源发生设施6工作时产生的热量带走并从出水管道5流出，防止等离子体源发生设施6上的密封装置因高温而损坏。当采用的等离子体源发生设施6套数不多，环形壳体1上部多个开孔中有开孔没有安装等离子源发生设施6时，将没有安装等离子源发生设施6的环形壳体1上部多个开孔，采用对应数量的密封板，经螺杆螺母固定密封即可。本发明根据聚变材料的输入功率要求安装不同套数的等离子体源发生设施6，通过等离子体源发生设施6在环形壳体1上沿圆周阵列或矩形阵列分布，可以在工作产生不同功率的等离子束斑，以及照射在样品不同位置的等离子束斑，实现了等离子体源发生设施6的输出功率可以在很大范围内进行调节，以满足不同场合不同聚变材料的使用要求，而且，等离子体源发生设施6的等离子体束斑尺寸可以由等离子体源发生设施6的位形调节达到，且环形壳体1有循环水流动，等离子体源发生设施6工作产生的热量能被带走，防止了等离子体源发生设施6工作温度过高、等离子体源发生设施6上的密封装置损坏。本发明和核聚变实验设备配套使用时， Ar、He、N2、H2等多种气体进入等离子体源发生设施6的放电室后，在核聚变实验设备的外加电场的作用下，产生直流电弧放电，将气体电离，形成等离子体，喷入核聚变实验设备的直线强磁场装置中，实现与材料的相互作用，由于等离子源喷口处温度较高可达1000℃，其与环形壳体1直接接触，环形壳体1内的水对其冷却，保护了相应的密封件，防止了等离子体源发生设施6上的密封装置因高温而损坏，所以具有好的应用前景。

本实施例为本发明较佳实例，并不用以限制本发明，凡在本发明原则范围内做任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种用于直线强磁场装置的高束流等离子体阵列源，其特征在于由环形壳体、冷却管道、环形固定板、进水管道和出水管道构成，环形壳体、冷却管道、环形固定板、进水管道和出水管道是金属材质，环形壳体为中空结构，环形壳体左右两部各有一个开孔，环形壳体上部间隔一定距离有多个开孔，多个开孔周围分别有四个固定孔，进水管道、出水管道分别安装在环形壳体左右两部的开孔上，环形固定板安装在环形壳体周围，环形固定板上有多个固定孔，进水管道和核聚变实验设备上配套冷却水供水端通过管道、管道接头连接，出水管道和核聚变实验设备上冷却水排水端通过管道、管道接头连接，核聚变实验设备上的多套等离子体源发生设施下部通过螺杆螺母安装在环形壳体上部多个开孔周围的四个固定孔上，多套等离子体源发生设施下部正极供电端和环形壳体处于非绝缘状态，核聚变实验设备上的控制电源正极和环形壳体通过导线连接，核聚变实验设备上的控制电源负极和多套等离子体源发生设施上部负极供电端通过导线连接，通过环形固定板周围多个开孔和核聚变实验设备上的等离子体源发生设施安装板上多个开孔，用螺杆螺母将环形固定板安装在核聚变实验设备的等离子体源发生设施安装板上。

2.根据权利要求1所述的一种用于直线强磁场装置的高束流等离子体阵列源，其特征在于环形壳体上部多个开孔周围的四个固定孔，四个固定孔的孔径，四个固定孔之间左右、前后距离和核聚变实验设备的每套等离子体源发生设施下部四个安装孔的孔径，四个安装孔之间左右、前后距离一致。

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