CN109215808A - 一种集成化主动冷却粒子流探针 - Google Patents

一种集成化主动冷却粒子流探针 Download PDF

Info

Publication number
CN109215808A
CN109215808A CN201810957662.6A CN201810957662A CN109215808A CN 109215808 A CN109215808 A CN 109215808A CN 201810957662 A CN201810957662 A CN 201810957662A CN 109215808 A CN109215808 A CN 109215808A
Authority
CN
China
Prior art keywords
heat sink
column
cooling
particle flux
integrated active
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810957662.6A
Other languages
English (en)
Inventor
李强
罗广南
王万景
谢春意
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Original Assignee
Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hefei Institutes of Physical Science of CAS filed Critical Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Priority to CN201810957662.6A priority Critical patent/CN109215808A/zh
Publication of CN109215808A publication Critical patent/CN109215808A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21B—FUSION REACTORS
    • G21B1/00—Thermonuclear fusion reactors
    • G21B1/25—Maintenance, e.g. repair or remote inspection
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C15/00—Cooling arrangements within the pressure vessel containing the core; Selection of specific coolants
    • G21C15/02—Arrangements or disposition of passages in which heat is transferred to the coolant; Coolant flow control devices
    • G21C15/14—Arrangements or disposition of passages in which heat is transferred to the coolant; Coolant flow control devices from headers; from joints in ducts
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/10—Nuclear fusion reactors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Abstract

本发明公开了一种集成化主动冷却粒子流探针，包括有粒子接收探头、柱状热沉和电信号导出端子，所述粒子接收探头的底端通过应力缓释层与柱状热沉贴合，所述柱状热沉内部设有连通的冷却水通道，所述冷却水通道为通过隔板隔开且连通的两半圆柱形空腔结构，所述柱状热沉的底端部电连通有电信号导出端子，所述柱状热沉的底端安装在分水盒上，所述柱状热沉与所述分水盒之间设有绝缘管，所述分水盒内设有与柱状热沉冷却水通道连通的通道。本发明提供的集成化主动冷却粒子流探针，不仅可以快速移除沉积到探针的热流，具有较长的使用寿命，而且冷却水管道简单紧凑，易于安装，安全可靠。

Description

一种集成化主动冷却粒子流探针
技术领域：
本发明涉及核聚变装置中第一壁和偏滤器处粒子流测量领域，主要涉及一种集成化主动冷却粒子流探针，用于测量核聚变装置中第一壁和偏滤器处的面向等离子体材料表面的离子饱和流、电子温度、电子密度和热流等。
背景技术：
在核聚变装置中，面向等离子体材料是暴露于等离子体区域的材料。在核聚变装置运行过程中，第一壁和偏滤器处的面向等离子体材料会受到高能离子、电子和中性粒子的轰击，以及稳态和瞬态强热流的冲击。为了测量第一壁和偏滤器处的面向等离子体材料表面的离子饱和流、电子温度、电子密度和热流等，通常在面向等离子体材料中设置探针。
目前的核聚变装置中粒子流测量用的探针都是被动冷却的，前端材料使用钨、石墨、碳纤维复合材料等耐高温材料。通常情况下，沉积到第一壁和偏滤器处的热流高达1-20MW/m2。因此，被动冷却的探针在工作过程中很快就会被烧蚀、熔化。主动冷却的探针在接收粒子流信号的同时，及时移除沉积到探针的热流，可以避免其遭受烧蚀，延长其使用寿命。但是，为了获得一定空间分辨率的粒子流信号，需要在第一壁和偏滤器处的面向等离子体材料表面布置大量的探针，这将导致主动冷却探针的冷却水管道变得复杂，使探针的布置变得困难，而且增加了泄漏的风险。本发明提供的集成化主动冷却粒子流探针，不仅可以快速移除沉积到探针的热流，具有较长的使用寿命，而且冷却水管道简单紧凑，易于安装，安全可靠。
发明内容：
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种集成化主动冷却粒子流探针，不仅可以快速移除沉积到探针的热流，具有较长的使用寿命，而且冷却水管道简单紧凑，易于安装，安全可靠。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种集成化主动冷却粒子流探针，其特征在于：包括有粒子接收探头、柱状热沉和电信号导出端子，所述粒子接收探头的底端通过应力缓释层与柱状热沉贴合，所述柱状热沉内部设有连通的冷却水通道，所述冷却水通道为通过隔板隔开且连通的两半圆柱形空腔结构，所述柱状热沉的底端部电连通有电信号导出端子，所述柱状热沉的底端安装在分水盒上，所述柱状热沉与所述分水盒之间设有绝缘管，所述分水盒内设有与柱状热沉冷却水通道连通的通道。
所述的粒子接收探头由钨或者钨合金制成，其位于前端用于与等离子体接触。
所述的应力缓释层由无氧铜或钨铜梯度材料制成，与所述粒子接收探头和所述柱状热沉分别紧密贴合。
所述的柱状热沉由铬锆铜合金或Al2O3弥散强化铜制成。
所述的柱状热沉为具有底部开口的半开放圆柱形内腔结构，所述半开放圆柱形内腔由一隔板分成两个半圆柱形空间，且所述隔板与所述半开放圆柱形内腔顶端之间留有顶部空间，形成途经其中一侧半圆柱形空间、顶部空间以及另一侧半圆柱形空间的冷却水通道。所述的半圆柱形冷却水通道结构简单，降低了探针制造难度，保障了冷却水流动的通畅性，提高了冷却水冷却效率，增加了探针使用的安全性。
所述的柱状热沉的外表面设有绝缘套或绝缘涂层。
所述的电信号导出端子与柱状热沉浑然一体，具有较好的电连通。
所述的绝缘管内部设有两个上下贯通的半圆柱形空间，且其与所述柱状热沉的两个半圆柱形空间连通。
所述的分水盒由不锈钢制成，其上设有进水和出水两个相互贴合的方形通道，且进水和出水通道顶端设有半圆形进水口和出水口，所述进水口和出水口分别与所述柱状热沉的冷却水通道连通。
所述的粒子流探针若干个为一组，其分别通过所述绝缘管与所述分水盒组装焊接成整体。所述粒子流探针的高度集成化缩减了供应冷却水的管道数量，降低了制造难度，简化了制造工艺，降低了冷却水泄漏的风险，便于安装，特别是解决了由于安装空间狭小导致无法安装的问题。
上述技术方案中，所述的柱状热沉的冷却水通道为通过隔板隔开的半开放圆柱形内腔结构，其冷却水流动通畅，可快速移除沉积到探针的热流，而且其简单紧凑，易于制备。在柱状热沉下端侧面上可以直接机加工出电信号导出端子，两者自然成为一体，具有较好的电连通。粒子流探针通过绝缘管与分水盒集成组装焊接，缩减了冷却水管道数量，制造工艺简单，易于安装。
本发明的优点是：
本发明结构设计合理，不仅可以快速移除沉积到探针的热流，具有较长的使用寿命，而且冷却水管道简单紧凑，易于安装，安全可靠。
附图说明：
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的结构剖视图。
图3为绝缘管的结构示意图。
图4为分水盒的结构示意图。
具体实施方式：
参见附图。
一种集成化主动冷却粒子流探针，包括有粒子接收探头1、柱状热沉3和电信号导出端子4，所述粒子接收探头1由钨或者钨合金制成，其通过应力缓释层2与柱状热沉3贴合，并且热连通和电连通，所述柱状热沉3由铬锆铜合金制成，或者由Al2O3弥散强化铜制成，其内部具有连通的冷却水通道，所述电信号导出端子4与柱状热沉3电连通；所述柱状热沉3的底端安装在分水盒7上，所述柱状热沉3与所述分水盒7之间设有绝缘管6，所述分水盒7内设有与柱状热沉3冷却水通道连通的通道。绝缘套或者绝缘涂层5覆盖在柱状热沉3的外表面，实现柱状热沉3与待测第一壁或者偏滤器部件之间的绝缘。绝缘管6实现柱状热沉3与分水盒7之间的绝缘，并且保持柱状热沉3与分水盒7之间水道的连通；分水盒7由不锈钢制成，同时为多个柱状热沉3供应冷却水。
如图2所示，粒子接收探头1、应力缓释层2、柱状热沉3和电信号导出端子4构成粒子流探针。粒子流探针，若干个为一组，通过绝缘管6与分水盒7组装焊接成整体，高度集成化。
应力缓释层2由无氧铜制成，或者由钨铜梯度材料制成，与粒子接收探头1和柱状热沉3分别贴合，并且热连通和电连通。
柱状热沉3具有底部开口的半开放圆柱形内腔，该半开放圆柱形内腔由一隔板分成两个半圆柱形空间3a和3b，并且隔板与半开放圆柱形内腔顶端之间留有顶部空间3c，形成途经半圆柱形空间3a，顶部空间3c，以及半圆柱形空间3b的冷却水通道（如图1和图2中箭头所示）。优选地，为了让水流更为通畅，顶部空间3c为半球形。
绝缘管6内部具有两个上下贯通的半圆柱形空间6a和6b，并且与柱状热沉3的两个半圆柱形空间3a和3b分别连通。优选地，绝缘管6通过过渡层可伐合金与柱状热沉3和分水盒7连接。
分水盒7具有进水7a和出水7b两个相互贴合的方形通道，进水和出水通道顶端具有半圆形进水口7c和出水口7d，与柱状热沉3的冷却水通道连通。
其制作方法是：
首先，利用铸造工艺在钨（或者钨合金）板材表面覆盖一层无氧铜，或者利用热压工艺在钨（或者钨合金）板材表面覆盖钨铜梯度层，然后利用热等静压扩散焊工艺把覆无氧铜（或钨铜梯度层）的钨（或者钨合金）板材与铬锆铜合金（或者Al2O3弥散强化铜）板材焊接在一起。接下来，把焊合的复合板加工成圆柱状，并且，从铬锆铜合金（或者Al2O3弥散强化铜）热沉的底端加工冷却水通道。鉴于冷却水通道的复杂性，可以把柱状热沉分成上下两段，上段热沉与钨材料通过热等静压扩散焊工艺焊接，再从上段热沉底端加工半球形凹槽，下段热沉加工上下贯通的两个半圆柱形通道，然后对上下两段热沉进行电子束对接。下段热沉下端侧面上可以直接机加工出电信号导出端子，两者自然成为一体，具有较好的电连通。通过以上步骤可以制备出粒子流探针若干。柱状热沉外表面覆盖的绝缘套可以由陶瓷坯料烧制而成，绝缘涂层可以由等离子体喷涂或者物理气相沉积工艺制备。其后，绝缘管由陶瓷坯料直接烧制而成，分水盒由钢板直接机加工而成。最后，把若干个粒子流探针、绝缘管与分水盒组装在一起，通过钎焊工艺把三者焊接在一起。为了提高焊接质量，可在柱状热沉与绝缘管、绝缘管与分水盒之间施加可伐合金作为过渡。

Claims (10)

1.一种集成化主动冷却粒子流探针，其特征在于：包括有粒子接收探头、柱状热沉和电信号导出端子，所述粒子接收探头的底端通过应力缓释层与柱状热沉贴合，所述柱状热沉内部设有连通的冷却水通道，所述冷却水通道为通过隔板隔开且连通的两半圆柱形空腔结构，所述柱状热沉的底端部电连通有电信号导出端子，所述柱状热沉的底端安装在分水盒上，所述柱状热沉与所述分水盒之间设有绝缘管，所述分水盒内设有与柱状热沉冷却水通道连通的通道。
2.根据权利要求1所述的集成化主动冷却粒子流探针，其特征在于：所述的粒子接收探头由钨或者钨合金制成，其位于前端用于与等离子体接触。
3.根据权利要求1所述的集成化主动冷却粒子流探针，其特征在于：所述的应力缓释层由无氧铜或钨铜梯度材料制成，与所述粒子接收探头和所述柱状热沉分别紧密贴合。
4.根据权利要求1所述的集成化主动冷却粒子流探针，其特征在于：所述的柱状热沉由铬锆铜合金或Al2O3弥散强化铜制成。
5.根据权利要求1所述的集成化主动冷却粒子流探针，其特征在于：所述的柱状热沉为具有底部开口的半开放圆柱形内腔结构，所述半开放圆柱形内腔由一隔板分成两个半圆柱形空间，且所述隔板与所述半开放圆柱形内腔顶端之间留有顶部空间，形成途经其中一侧半圆柱形空间、顶部空间以及另一侧半圆柱形空间的冷却水通道。
6.根据权利要求1所述的集成化主动冷却粒子流探针，其特征在于：所述的柱状热沉的外表面设有绝缘套或绝缘涂层。
7.根据权利要求1所述的集成化主动冷却粒子流探针，其特征在于：所述的电信号导出端子与柱状热沉为一体式结构。
8.根据权利要求1所述的集成化主动冷却粒子流探针，其特征在于：所述的绝缘管内部设有两个上下贯通的半圆柱形空间，且其与所述柱状热沉的两个半圆柱形空间连通。
9.根据权利要求1所述的集成化主动冷却粒子流探针，其特征在于：所述的分水盒由不锈钢制成，其上设有进水和出水两个相互贴合的方形通道，且进水和出水通道顶端设有半圆形进水口和出水口，所述进水口和出水口分别与所述柱状热沉的冷却水通道连通。
10.根据权利要求1所述的集成化主动冷却粒子流探针，其特征在于：所述的粒子流探针若干个为一组，其分别通过所述绝缘管与所述分水盒组装焊接成整体。
CN201810957662.6A 2018-08-22 2018-08-22 一种集成化主动冷却粒子流探针 Pending CN109215808A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810957662.6A CN109215808A (zh) 2018-08-22 2018-08-22 一种集成化主动冷却粒子流探针

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810957662.6A CN109215808A (zh) 2018-08-22 2018-08-22 一种集成化主动冷却粒子流探针

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109215808A true CN109215808A (zh) 2019-01-15

Family

ID=64988803

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810957662.6A Pending CN109215808A (zh) 2018-08-22 2018-08-22 一种集成化主动冷却粒子流探针

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109215808A (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100048475A (ko) * 2008-10-31 2010-05-11 한국원자력연구원 수냉식 정전 프로브 어셈블리 및 그 제조방법
CN203163928U (zh) * 2013-04-18 2013-08-28 北京航空航天大学 一种液冷高温压力探针
CN206210745U (zh) * 2016-10-11 2017-05-31 中国科学院合肥物质科学研究院 一种孔形水冷电极引出系统负氢离子源的装置
CN106970101A (zh) * 2017-04-27 2017-07-21 中国科学院合肥物质科学研究院 一种主动冷却耐高温电绝缘防腐蚀粒子流热头探针
CN107727258A (zh) * 2017-09-15 2018-02-23 中国科学院工程热物理研究所 一种探针强化冷却结构
CN108040415A (zh) * 2017-12-21 2018-05-15 中国科学院合肥物质科学研究院 适用于钨铜靶板的集成模块化探针系统

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100048475A (ko) * 2008-10-31 2010-05-11 한국원자력연구원 수냉식 정전 프로브 어셈블리 및 그 제조방법
CN203163928U (zh) * 2013-04-18 2013-08-28 北京航空航天大学 一种液冷高温压力探针
CN206210745U (zh) * 2016-10-11 2017-05-31 中国科学院合肥物质科学研究院 一种孔形水冷电极引出系统负氢离子源的装置
CN106970101A (zh) * 2017-04-27 2017-07-21 中国科学院合肥物质科学研究院 一种主动冷却耐高温电绝缘防腐蚀粒子流热头探针
CN107727258A (zh) * 2017-09-15 2018-02-23 中国科学院工程热物理研究所 一种探针强化冷却结构
CN108040415A (zh) * 2017-12-21 2018-05-15 中国科学院合肥物质科学研究院 适用于钨铜靶板的集成模块化探针系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YAHONG XIE ET.AL: "MeasurementofplasmaparametersofanionsourceforEAST-NBI", 《NUCLEARINSTRUMENTSANDMETHODSIN》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2018196840A1 (zh) 粒子流探针，其使用方法和用途
US4505639A (en) Axial-flow turbine blade, especially axial-flow turbine rotor blade for gas turbine engines
US5051086A (en) Insulated injection molding nozzle
US20130306686A1 (en) Hot Runner Nozzle
CN102239021A (zh) 用于喷出具有高温的流体液滴的装置
CN106001554B (zh) 一种铼铱燃烧室的制备方法
JP3970356B2 (ja) 射出成形用ノズル
JP2020073276A (ja) マイクロリアクターシステムおよびマイクロリアクター方法
JPH09174604A (ja) 射出成形用トーピード
CN106466713A (zh) 用于空气数据探针的增材制造的系统和方法
US20100233310A1 (en) Thermal Shroud and Method of Making Same
JP2718801B2 (ja) 加熱射出成形ノズル
US20130177712A1 (en) Method and apparatus for thermal spraying
KR20090111338A (ko) 사출 성형 노즐
JPH0263053B2 (zh)
JP2000202871A (ja) 射出成形の三部分のゲ―トおよびキャビティ挿入部
US5154352A (en) Propelling nozzle for an aircraft engine
JPH01304920A (ja) 射出成形装置
JPH04247920A (ja) 射出成形用ソケットホルダ
US20130287884A1 (en) Mold-Tool System Including Body Having A Variable Heat Transfer Property
CN109215808A (zh) 一种集成化主动冷却粒子流探针
US20030124216A1 (en) Small pitch nozzle with a thermally conductive insert for an injection molding apparatus
JP3741756B2 (ja) 分配マニホールドの製造方法
KR100508557B1 (ko) 방출 부재를 코팅하는 방법
EP0546555B1 (en) Method of manufacturing an injection molding probe

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190115