CN114974618A - 一种适合聚变装置的高速杂质弹丸旋转发射器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于聚变技术领域，具体涉及一种适合聚变装置的高速杂质弹丸旋转发射器，包括：转盘组、加速系统和真空高速伺服电机系统；转盘组，包括：两个并排设置的固定盘和设置在两个固定盘之间的旋转盘；旋转盘上开设有用于多个固定杂质弹丸的小孔，两个固定盘上均开设有与小孔对位的对穿孔；真空高速伺服电机系统，用于带动旋转盘转动，以使小孔与对穿孔对位；加速系统，用于当第一小孔与对穿孔对位时，对第一小孔上的杂质弹丸进行加速发射；第一小孔是多个小孔中的任一个。该高速杂质弹丸旋转发射器，能按照要求连续注入不同种类和尺寸、速度的微小杂质颗粒，以便研究杂质输运或实现实时在线器壁处理。
Description
技术领域
本申请属于聚变技术领域，具体涉及一种适合聚变装置的高速杂质弹丸旋转发射器。
背景技术
聚变装置器壁材料以物理溅射、化学剥蚀等多种方式进入等离子体，形成杂质。要了解等离子体与壁相互作用过程中产生的杂质对等离子体性能约束的影响，除了要知道壁附近的杂质源，还必须知道杂质是如何扩散并进入到等离子体内的过程，即杂质的输运。因此如何正确理解杂质输运、如何发展相应的控制手段以及对控制过程机制的理解，这些都是急需解决的重要问题。如，杂质积累稀释主等离子体并使辐射增强，导致能量约束变坏，诱发破裂不稳定性，严重影响托卡马克的稳态运行，在托卡马克实验中，杂质是影响等离子体放电的重要因素之一。
杂质输运的行为十分复杂，它受到等离子体密度分布、温度分布、杂质电荷数、等离子体旋转和其它参数的相互影响，可以通过主动注入杂质的方式来研究杂质输运。但目前的杂质注入方式存在准确度不高、效率低的问题。
发明内容
本申请目的是提供一种适合聚变装置的高速杂质弹丸旋转发射器，解决杂质注入方式存在准确度不高、效率低的问题，实现按照实验要求连续注入微小杂质，实现主动控制杂质注入量和注入时间，以便研究杂质输运；或注入其他微小杂质如锂、硼等，实现实时在线器壁处理。
实现本申请目的的技术方案：
本申请实施例提供了一种适合聚变装置的高速杂质弹丸旋转发射器，所述高速杂质弹丸旋转发射器，包括：转盘组、加速系统和真空高速伺服电机系统；
所述转盘组，包括：两个并排设置的固定盘和设置在两个所述固定盘之间的旋转盘；所述旋转盘上开设有用于多个固定杂质弹丸的小孔，两个所述固定盘上均开设有与所述小孔对位的对穿孔；
所述真空高速伺服电机系统，用于带动所述旋转盘转动，以使所述小孔与所述对穿孔对位；
所述加速系统，用于当第一小孔与所述对穿孔对位时，对所述第一小孔上的杂质弹丸进行加速发射；所述第一小孔是多个所述小孔中的任一个。
可选的，所述固定盘与所述旋转盘之间的间隙小于0.1mm。
可选的，所述加速系统，包括：高频气动快阀和控制器；
所述高频气动快阀通过气路管道与一个所述固定盘上的对穿孔固定连接；
所述控制器，用于控制所述高频气动快阀的开闭时刻，以使所述高频气动快阀输出的高压气体加速杂质弹丸。
可选的，
所述气路管道的接头与一个所述固定盘上的对穿孔通过内螺纹固定。
可选的，所述真空高速伺服电机系统，包括：真空高速伺服电机和电机驱动器；
所述真空高速伺服电机通过连接轴和联轴器与所述旋转盘连接，用于带动所述旋转盘转动；
所述电机驱动器，用于控制所述真空高速伺服电机动作，以使所述小孔与所述对穿孔对位；
所述固定盘上安装有深沟球轴承，以使所述连接轴穿过并便于所述连接轴转动。
可选的，
所述电机驱动器，还用于控制所述真空高速伺服电机动作，以使所述旋转盘回零。
可选的，
所述连接轴与所述旋转盘通过螺纹连接。
可选的，
所述旋转盘上开设有10个所述小孔，所述小孔设置在所述旋转盘的边缘处。
可选的，所述旋转盘上开设有一个或多个大孔。
可选的，
所述大孔的数量为6个。
本申请的有益技术效果在于：
本申请实施例提供了一种适合聚变装置的高速杂质弹丸旋转发射器，能实现连发、高频注入，通过稳态和扰动法注入杂质，提高杂质离子输运系数实验测量的准确度；通过主动注入各种杂质于不同的放电模式中，研究杂质输运对等离子体参数及其分布的依赖关系等；同时利用该发射器也能注入其他杂质如锂、硼等，实现实时在线器壁处理。结构简单，能按照要求连续注入不同种类和尺寸、速度的微小杂质颗粒，以便研究杂质输运或实现实时在线器壁处理。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种适合聚变装置的高速杂质弹丸旋转发射器的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种适合聚变装置的高速杂质弹丸旋转发射器中转盘组的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的一种适合聚变装置的高速杂质弹丸旋转发射器中旋转盘的结构示意图。
图中：
1-转盘组；11-固定盘；12-旋转盘；121-小孔；122-大孔；13-连接轴；
14-联轴器；15-深沟球轴承；
2-加速系统；21-高频气动快阀；22-气路管道；221-接头；
3-真空高速伺服电机系统；31-真空高速伺服电机。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本申请，下面将结合本申请实施例中的附图对本申请实施例中的技术方案进行清楚-完整的描述。显而易见的，下面所述的实施例仅仅是本申请实施例中的一部分，而不是全部。基于本申请记载的实施例，本领域技术人员在不付出创造性劳动的情况下得到的其它所有实施例，均在本申请保护的范围内。
传统的杂质注入是单发注入，不能实现连发、高频注入，为此本发明提供了一种适合聚变装置的高速杂质弹丸旋转发射器，能实现连发、高频注入，通过稳态和扰动法注入杂质，提高杂质离子输运系数实验测量的准确度；通过主动注入各种杂质于不同的放电模式中，研究杂质输运对等离子体参数及其分布的依赖关系等；同时利用该发射器也能注入其他杂质如锂、硼等，实现实时在线器壁处理。
基于上述内容，为了清楚、详细的说明本申请的上述优点，下面将结合附图对本申请的具体实施方式进行说明。
参见图1，该图为本申请实施例提供的一种适合聚变装置的高速杂质弹丸旋转发射器的结构示意图。
本申请实施例提供的一种适合聚变装置的高速杂质弹丸旋转发射器，包括：转盘组1、加速系统2和真空高速伺服电机系统3；
如图2所示，转盘组1，包括：两个并排设置的固定盘11和设置在两个固定盘11之间的旋转盘12；如图3所示，旋转盘12上开设有用于多个固定杂质弹丸的小孔121，两个固定盘11上均开设有与小孔121对位的对穿孔；
真空高速伺服电机系统3，用于带动旋转盘12转动，以使小孔121与对穿孔对位；
加速系统2，用于当第一小孔与对穿孔对位时，对第一小孔上的杂质弹丸进行加速发射；第一小孔是多个小孔121中的任一个。
在具体实施时，固定盘11和旋转盘12具体可以为圆盘或其他形状，这里不进行限定。可以理解的是，转盘组11主要提供存储杂质弹丸的功能。
在本申请实施例一些可能的实现方式中，固定盘11与旋转盘12之间的间隙小于0.1mm。
在本申请实施例一些可能的实现方式中，加速系统2，包括：高频气动快阀21和控制器；
高频气动快阀21通过气路管道22与一个固定盘11上的对穿孔固定连接；
控制器，用于控制高频气动快阀21的开闭时刻，以使高频气动快阀21输出的高压气体加速杂质弹丸。
在一个例子中，气路管道22的接头221与一个固定盘11上的对穿孔通过内螺纹固定。
需要说明的是，加速系统2的作用是当旋转盘12上的小孔121与固定盘11的对穿孔精准对位时，通过控制系统，精准控制高频气动快阀21开闭时刻，让高压气体加速杂质弹丸进行发射。
在本申请实施例一些可能的实现方式中，真空高速伺服电机系统3，包括：真空高速伺服电机31和电机驱动器；
真空高速伺服电机31通过连接轴13和联轴器14与旋转盘12连接，用于带动旋转盘12转动；
电机驱动器，用于控制真空高速伺服电机31动作，以使小孔121与对穿孔对位；
固定盘11上安装有深沟球轴承15，以使连接轴13穿过并便于连接轴13转动。
可以理解的是，联轴器14其功能是将旋转盘12与真空高速伺服电机31轴承刚性连接。
在一个例子中，电机驱动器，还用于控制真空高速伺服电机31动作，以使旋转盘11回零。
需要说明的是，真空高速伺服电机系统3主要功能是精准控制旋转盘12的旋转角度和旋转速度，实现将旋转盘12上的小孔121与固定盘11的对穿孔精准对位；同时能实现旋转盘12自动回零，定位精度±2arcsec(弧度秒)。
在具体实施中，连接轴13与旋转盘11可以通过螺纹连接。
在本申请实施例一些可能的实现方式中，如图3所示，旋转盘12上开设有10个小孔121，小孔121设置在旋转盘12的边缘处。具体实施时，小孔121的数量可以根据需发射的杂质弹丸数目确定，这里不再一一列举。
在本申请实施例一些可能的实现方式中，旋转盘12上开设有一个或多个大孔122，用于减轻旋转盘12重量。
作为一个示例，大孔122的数量为6个。具体实施时，大孔122的数量可以根据旋转盘12的具体大小设定，这里不再一一列举。
下面结合一个具体的例子，详细说明本申请实施例提供的一种适合聚变装置的高速杂质弹丸旋转发射器装填弹丸与发射过程。本申请实施例提供的一种适合聚变装置的高速杂质弹丸旋转发射器装填弹丸与发射过程具体如下：
1.将10粒杂质弹丸分别装入旋转盘12上的10个小孔121，然后将旋转盘12插入两个固定盘11之间，最后将连接轴13从固定盘11一侧插入，利用螺纹连接方式将连接轴13与旋转盘12连接在一起；
2.利用联轴器14，将连接轴13与真空高速伺服电机31轴承连接；
3.在控制软件中设置发射频率(即设置旋转盘12的旋转速度和高频气动快阀21的开关频率)，按下“启动”键后，在真空高速伺服电机31的带动下，旋转盘12依次转动到发射口的位置(即对穿孔)，同时触发高频气动快阀21，杂质弹丸可以按照设置要求连续稳定的发射。
上面结合附图和实施例对本申请作了详细说明，但是本申请并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本申请宗旨的前提下作出各种变化。本申请中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。
Claims (10)
1.一种适合聚变装置的高速杂质弹丸旋转发射器，其特征在于，所述高速杂质弹丸旋转发射器，包括：转盘组、加速系统和真空高速伺服电机系统；
所述转盘组，包括：两个并排设置的固定盘和设置在两个所述固定盘之间的旋转盘；所述旋转盘上开设有用于多个固定杂质弹丸的小孔，两个所述固定盘上均开设有与所述小孔对位的对穿孔；
所述真空高速伺服电机系统，用于带动所述旋转盘转动，以使所述小孔与所述对穿孔对位；
所述加速系统，用于当第一小孔与所述对穿孔对位时，对所述第一小孔上的杂质弹丸进行加速发射；所述第一小孔是多个所述小孔中的任一个。
2.根据权利要求1所述的适合聚变装置的高速杂质弹丸旋转发射器，其特征在于，所述固定盘与所述旋转盘之间的间隙小于0.1mm。
3.根据权利要求1所述的适合聚变装置的高速杂质弹丸旋转发射器，其特征在于，所述加速系统，包括：高频气动快阀和控制器；
所述高频气动快阀通过气路管道与一个所述固定盘上的对穿孔固定连接；
所述控制器，用于控制所述高频气动快阀的开闭时刻，以使所述高频气动快阀输出的高压气体加速杂质弹丸。
4.根据权利要求3所述的适合聚变装置的高速杂质弹丸旋转发射器，其特征在于，
所述气路管道的接头与一个所述固定盘上的对穿孔通过内螺纹固定。
5.根据权利要求1所述的适合聚变装置的高速杂质弹丸旋转发射器，其特征在于，所述真空高速伺服电机系统，包括：真空高速伺服电机和电机驱动器；
所述真空高速伺服电机通过连接轴和联轴器与所述旋转盘连接，用于带动所述旋转盘转动；
所述电机驱动器，用于控制所述真空高速伺服电机动作，以使所述小孔与所述对穿孔对位；
所述固定盘上安装有深沟球轴承，以使所述连接轴穿过并便于所述连接轴转动。
6.根据权利要求5所述的适合聚变装置的高速杂质弹丸旋转发射器，其特征在于，
所述电机驱动器，还用于控制所述真空高速伺服电机动作，以使所述旋转盘回零。
7.根据权利要求5所述的适合聚变装置的高速杂质弹丸旋转发射器，其特征在于，
所述连接轴与所述旋转盘通过螺纹连接。
8.根据权利要求1-7任一项所述的适合聚变装置的高速杂质弹丸旋转发射器，其特征在于，
所述旋转盘上开设有10个所述小孔，所述小孔设置在所述旋转盘的边缘处。
9.根据权利要求1-7任一项所述的适合聚变装置的高速杂质弹丸旋转发射器，其特征在于，所述旋转盘上开设有一个或多个大孔。
10.根据权利要求9所述的适合聚变装置的高速杂质弹丸旋转发射器，其特征在于，
所述大孔的数量为6个。
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