CN111308730A - 一种聚变装置玻璃窗口污染防护电控活动光栏 - Google Patents
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Abstract
本发明属于聚变技术，具体位一种聚变装置玻璃窗口污染防护电控活动光栏，包括加工有通光孔的法兰盘、通过光栏盘固定支座安装的传动杆和两个光栏帘固定支座，还设有水平方向的光栏帘连杆，其连接光栏帘，光栏帘连杆通过两端传动轮带动转动沿着光栏帘固定支座上内侧滑道上下移动。传动杆两端设有传动轮，该传动轮与光栏帘连杆两端设有传动轮左右对应的分别通过传动链条连接；传动杆通过步进电机驱动转动。该装置用于托卡马克聚变实验非相干激光散射系统的散射光接收窗口的污染防护，当光栏帘关闭，装置内辉光放电清洗和壁处理等过程不会对窗口玻璃造成污染，且该装置开关过程中运行比较稳定。
Description
技术领域
本发明属于聚变技术，具体涉及一种用于辐射条件下的聚变装置玻璃窗口污染防护装置。
背景技术
在磁约束核聚变研究中，光学诊断系统需要用到不同的光学玻璃窗口，如非相干汤姆逊散射系统和相干汤姆逊散射系统等激光光束的入射、出射窗口及散射信号的接收探测窗口等。绝对测量聚变实验装置中电子温度和密度的主要测量方法是非相干汤姆逊散射。非相干汤姆逊散射系统使用调Q的高功率脉冲激光与聚变实验装置等离子体中的电子相互作用产生散射光，通过分析从可见到近红外波段的散射光谱分布函数，得到电子温度，再利用Raman散射或者Rayleigh散射绝对标定，可以得到电子密度数据。由于电子的散射截面很小，散射信号强度约为入射激光能量的1e-13，所以需要提高整个光学系统的传输效率。
但是，窗口污染会降低散射信号的传输效率，干扰这些测量数据的可靠性。在等离子体放电、辉光放电清洗以及壁处理(如硅化和锂化)过程中由于溅射和喷镀等都会对光学观测窗口造成污染，降低光学窗口的透过率，这种污染对不同波长影响程度不同，增大电子温度和密度的测量结果的不确定度。
另外，聚变实验装置在进行实验之前，必须对装置进行高温水蒸气烘烤。如HL-2M装置的烘烤温度约为350°，恒温烘烤长达48小时。目前国际上现有的步进电机都不能满足这些工作条件，所以必须设计出一种新的方案以降低对步进电机的要求，达到电动控制的目的。
目前世界上也有其他的设计结构用于窗口玻璃防护，如MAST装置上使用多片光栏结构，其结构类似于相机的光栏。这种结构虽然也能起到防护污染的作用，但是当光栏打开时仍会部分地遮挡玻璃窗口，影响测量的立体角和视场范围。
发明内容
本发明的目的是提供一种聚变装置玻璃窗口污染防护电控活动光栏，在聚变装置内温度大于300度情况下，能够完全阻挡托卡马克装置壁处理和辉光放电清洗过程中对玻璃窗口的污染。
本发明的技术方案如下：
一种聚变装置玻璃窗口污染防护电控活动光栏，包括加工有通光孔的法兰盘、固定在法兰盘上的光栏盘固定支座、光栏盘固定支座上固定安装的水平方向上的传动杆和竖直方向上的两个光栏帘固定支座，其中光栏帘固定支座分别位于法兰盘上通光孔的两侧，所述的两个光栏帘固定支座之间设有水平方向的光栏帘连杆，所述的光栏帘连杆连接光栏帘，所述的光栏帘连杆两端设有传动轮，同时光栏帘连杆两端分别位于光栏帘固定支座上内侧加工的滑道内；所述的传动杆两端设有传动轮，并且传动杆两端的传动轮与光栏帘连杆两端设有传动轮左右对应的分别通过传动链条连接；所述的传动杆通过步进电机驱动转动。
所述的光栏盘固定支座上设有水平方向的驱动轴，所述的驱动轴上设有传动轮B，所述的传动杆上设有传动轮A，所述的传动轮A和传动轮B啮合同时通过传动链条连接；所述的驱动杆通过步进电机驱动转动。
所述驱动杆端部固定设有传动斜齿轮，所述的步进电机的传动轴上连接步进电机斜齿轮，驱动步进电机斜齿轮转动，且所述的传动斜齿轮与步进电机斜齿轮啮合。
所述的步进电机安装在光栏盘固定支座的后侧，它的传动轴穿过光栏盘固定支座，并且驱动与其传动轴连接的、位于光栏盘固定支座前侧的步进电机斜齿轮。
所述的传动杆和驱动杆均通过传动支座都固定在光栏固定支架上。
所述的法兰盘安装在真空室的外法兰上，法兰盘上中心处加工有通光孔。
所述的法兰盘的后侧通光圆形孔处安装光学玻璃，通过法兰盘盖将光学玻璃固定和密封。
所述的传动杆的外部固定安装传动保护罩，将传动杆、传动支座、传动轮以及驱动杆罩住。
所述的光栏帘底部设有光栏帘卷轴，光栏帘能够绕在光栏帘卷轴外。
所述的光栏帘卷轴外安装光栏帘保护罩，光栏帘卷轴及其绕制的光栏帘均位于光栏帘保护罩内。
本发明的显著效果如下：
该装置用于托卡马克聚变实验非相干激光散射系统的散射光接收窗口的污染防护。
使用卷帘门式的光栏结构，当光栏打开时上下和左右方向的视场完全不受影响。使用卷帘门的光栏方式，稳定可靠，占用空间小，关闭时能够完全阻挡托卡马克装置壁处理和辉光放电清洗过程中对玻璃窗口的污染；打开时占用空间小，不会干扰光信号的测量；使用步进电机远距离控制，方便快捷。
通过在托卡马克装置的玻璃窗口内侧安装卷帘门式的光栏结构，当光栏打开时为测量状态，待测量的光信号可以正常通过玻璃窗口，然后被探测器接收，打开时光栏藏在与装置腔体相同材质(如不锈钢或者钼)的光栏保护盖下，实验期间的高能粒子辐射不会对光栏造成破坏，延长了使用周期；装置辉光放电清洗和壁处理期间，光栏关闭，此时为防护污染状态，此时装置内辉光放电清洗和壁处理等过程不会对窗口玻璃造成污染。安装在窗口两边的导轨保证了光栏在开关过程中的稳定运行。步进电机安装在装置外侧，这种设计与电机放置在装置内部相比，降低了真空室的特殊环境对电机性能的要求。
附图说明
图1为聚变装置玻璃窗口污染防护电控活动光栏电控活动光栏正视图；
图2为聚变装置玻璃窗口污染防护电控活动光栏电控活动光栏右侧视图；
图3为图1的局部放大图；
图4为没安装保护罩时的电控活动光栏立体图；
图5为安装上保护罩后的电控活动光栏立体图；
图中：1.步进电机；2.步进电机斜齿轮；3.传动斜齿轮；4.传动轮；5.传动杆；6.传动支座；7.光栏帘卷轴；8.光栏帘连杆；9.光栏帘固定支座；10.传动链条；11.传动保护罩；12.光栏帘保护罩；13.光栏盘固定支座；14.法兰盘；15.光学玻璃；16.法兰盘盖；17.通光孔；18.驱动杆；19.传动轮A；20.传动轮B。
具体实施方式
下面通过附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。
如图1、图4和图5所示，该电控活动光栏包括固定在法兰盘14上中心处的光栏盘固定支座13，还包括安装在光栏盘固定支座13上的若干传动支座6和光栏帘固定支座9，其中光栏帘固定支座9为竖直方向，有左右两个。
光栏盘固定支座13固定在法兰盘14上，法兰盘14安装在真空室的外法兰上。法兰盘14上中心处开有圆形孔17，用于通光。如图2所示，法兰盘14的后侧通光圆形孔处安装光学玻璃15，通过法兰盘盖16将光学玻璃15固定和密封。
光栏帘固定支座9和传动支座6都固定在光栏固定支架13上，光栏盘固定支座13安装法兰盘14的前侧，光栏盘固定支座13中心工圆形孔，该圆形孔与法兰盘14中心处通光圆形孔17位置对应，能够用于后侧的光学玻璃15的通光。
在光栏盘固定支座13的左右两边分别固定一个光栏帘固定支座9，两个光栏帘固定支撑座9之间安装有一根水平方向的光栏帘连杆8，光栏帘固定支座9内侧加工有滑道，光栏帘连杆8的两端分别位于相对放置的两个光栏帘固定支撑座9的滑道内，光栏帘连杆8能够沿着滑道上下移动，光栏帘安装在光栏帘连杆8上，因此，光栏帘连杆8上下移动就带动光栏帘移动，当光栏帘移动到顶端时，起到污染防护作用，当光栏帘在底端时，此时通光孔没有被遮挡，通光正常。
如图1和图3所示，传动支座6有若干个，均固定在光栏盘固定支座13上端，传动支座6上加工有安装孔，传动杆5通过传动支座6的安装孔水平安装。在传动杆5的两端和中间某位置分别固定安装传动轮4，在传动杆5中间某位置的传动轮A19的下方安装一个稍短的驱动杆18，该驱动杆18也通过传动支座6水平安装。该驱动杆18上固定安装一个传动轮B20，且传动轮A19和传动轮B20啮合同时通过传动链条10连接，驱动杆18的一端安装有互相啮合的传动斜齿轮3(传动斜齿轮3与驱动杆18固定连接)和步进电机斜齿轮2，且步进电机斜齿轮2通过步进电机1驱动。
步进电机1安装在光栏盘固定支座13的后侧，它的传动轴穿过光栏盘固定支座13，并且驱动与其传动轴连接的、位于光栏盘固定支座13前侧的步进电机斜齿轮2。
启动步进电机1，带动步进电机斜齿轮2转动，由于步进电机斜齿轮2与传动斜齿轮3咬合，因此与传动斜齿轮3固定连接的驱动轴转动，因此带动传动链条10传动起来。由于传动轮A19和传动轮B啮合，因此传动杆5随之转动，其两端传动轮4同时转动，转动杆5两端的传动轮4上也安装有传动链条10，传动链条10连接光栏帘连杆8，因此两侧的光栏帘连杆8被驱动，上下移动。
可以将光栏帘底部安装光栏帘卷轴7，开始时，光栏帘的大部分绕在光栏帘卷轴7外，当光栏帘被光栏帘连杆8带动上升时，光栏帘从光栏帘卷轴7上扯出，覆盖住通光孔，此时起到防止光学玻璃15被污染；步进电机1控制光栏帘连杆8下降时，传动链条10通过传动轮4带动光栏帘卷轴7转动，光栏帘卷到光栏帘卷轴7上，光栏帘连杆8下降，通光孔17处于通光状态，此时光线可通过通光孔17穿过光学玻璃，进行光测量。
如图5所示，在传动杆5的外部固定安装传动保护罩11，将传动杆5、传动支座6、传动轮4以及驱动杆18等部件罩住，外观美观大方整洁，且可以防尘。同样在下端的光栏帘卷轴7外安装光栏帘保护罩12，光栏帘卷轴7及其绕制的光栏帘均位于光栏帘保护罩12内，可以保持光栏帘的干净，起到防尘作用。
通过实际调试可以找出步进电机1的正传和反转范围，保证光栏帘处于法兰的底部或者顶部，保证通光孔安全打开或者关闭。
步进电机的传动轴(被遮挡)需要采用动密封。
当聚变装置进行烘烤时，可以将步进电机1取下，避免装置表面的高温影响电机的性能。等装置烘烤完毕，再安装上步进电机1。
安装在两侧的光栏帘固定支座9不仅可以固定光栏帘，保证光栏关闭时玻璃能够完全被保护，而且能够保证光栏帘稳定可靠地移动。通过远程控制步进电机1的正转和反转，控制光栏帘的升降，不仅能够完全保护玻璃窗口避免辉光放电清洗以及第一壁硅化或锂化处理时对玻璃窗口的污染，避免了每轮实验间隔拆卸玻璃窗口然后抛光的麻烦，而且不需要现场手动控制，避免了在聚变反应时实验室核辐射的伤害，不仅可以应用到磁约束核聚变托卡马克装置上的光学窗口的防护，而且可以应用到其他特殊环境下的观测窗口的防护。
Claims (10)
1.一种聚变装置玻璃窗口污染防护电控活动光栏，包括加工有通光孔(17)的法兰盘(14)、固定在法兰盘(14上的光栏盘固定支座(13)、光栏盘固定支座(13)上固定安装的水平方向上的传动杆(5)和竖直方向上的两个光栏帘固定支座(9)，其中光栏帘固定支座(9)分别位于法兰盘(14)上通光孔(17)的两侧，其特征在于：所述的两个光栏帘固定支座(9)之间设有水平方向的光栏帘连杆(8)，所述的光栏帘连杆(8)连接光栏帘，所述的光栏帘连杆(8)两端设有传动轮，同时光栏帘连杆(8)两端分别位于光栏帘固定支座(9)上内侧加工的滑道内；所述的传动杆(5)两端设有传动轮，并且传动杆(5)两端的传动轮与光栏帘连杆(8)两端设有传动轮左右对应的分别通过传动链条连接；所述的传动杆(5)通过步进电机(1)驱动转动。
2.如权利要求1所述的一种聚变装置玻璃窗口污染防护电控活动光栏，其特征在于：所述的光栏盘固定支座(13)上设有水平方向的驱动轴(18)，所述的驱动轴(18)上设有传动轮B(20)，所述的传动杆(5)上设有传动轮A(19)，所述的传动轮A(19)和传动轮B(20)啮合同时通过传动链条(10)连接；所述的驱动杆(18)通过步进电机(1)驱动转动。
3.如权利要求2所述的一种聚变装置玻璃窗口污染防护电控活动光栏，其特征在于：所述驱动杆(18)端部固定设有传动斜齿轮(3)，所述的步进电机(1)的传动轴上连接步进电机斜齿轮(2)，驱动步进电机斜齿轮(2)转动，且所述的传动斜齿轮(3)与步进电机斜齿轮(2)啮合。
4.如权利要求3所述的一种聚变装置玻璃窗口污染防护电控活动光栏，其特征在于：所述的步进电机(1)安装在光栏盘固定支座(13)的后侧，它的传动轴穿过光栏盘固定支座(13)，并且驱动与其传动轴连接的、位于光栏盘固定支座(13)前侧的步进电机斜齿轮(2)。
5.如权利要求3所述的一种聚变装置玻璃窗口污染防护电控活动光栏，其特征在于：所述的传动杆(5)和驱动杆(18)均通过传动支座(6)都固定在光栏固定支架(13)上。
6.如权利要求3所述的一种聚变装置玻璃窗口污染防护电控活动光栏，其特征在于：所述的法兰盘(14)安装在真空室的外法兰上，法兰盘(14)上中心处加工有通光孔(17)。
7.如权利要求3所述的一种聚变装置玻璃窗口污染防护电控活动光栏，其特征在于：所述的法兰盘(14)的后侧通光圆形孔处安装光学玻璃(15)，通过法兰盘盖(16)将光学玻璃(15)固定和密封。
8.如权利要求3所述的一种聚变装置玻璃窗口污染防护电控活动光栏，其特征在于：所述的传动杆(5)的外部固定安装传动保护罩(11)，将传动杆(5)、传动支座(6)、传动轮以及驱动杆(18)罩住。
9.如权利要求3所述的一种聚变装置玻璃窗口污染防护电控活动光栏，其特征在于：所述的光栏帘底部设有光栏帘卷轴(7)，光栏帘能够绕在光栏帘卷轴(7)外。
10.如权利要9所述的一种聚变装置玻璃窗口污染防护电控活动光栏，其特征在于：所述的光栏帘卷轴(7)外安装光栏帘保护罩(12)，光栏帘卷轴(7)及其绕制的光栏帘均位于光栏帘保护罩(12)内。
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| Title |
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| 李润顺, 左保军, 李春霞, 张武祖: "红外仿真用的新型"视场光栏"机构", 仪器仪表学报, no. 02, 20 April 2001 (2001-04-20) * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115479900A (zh) * | 2022-03-24 | 2022-12-16 | 核工业西南物理研究院 | 一种聚变装置玻璃观察窗污染防护装置 |
| CN115420828A (zh) * | 2022-09-02 | 2022-12-02 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种汤姆逊散射信号收集装置及方法 |
| CN115420828B (zh) * | 2022-09-02 | 2023-09-19 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种汤姆逊散射信号收集装置及方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111308730B (zh) | 2024-07-16 |
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