CN115468699A - 一种原位测量中性气体压强的快规系统 - Google Patents

一种原位测量中性气体压强的快规系统 Download PDF

Info

Publication number
CN115468699A
CN115468699A CN202210997720.4A CN202210997720A CN115468699A CN 115468699 A CN115468699 A CN 115468699A CN 202210997720 A CN202210997720 A CN 202210997720A CN 115468699 A CN115468699 A CN 115468699A
Authority
CN
China
Prior art keywords
grid
fast
gauge
neutral gas
gas pressure
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
CN202210997720.4A
Other languages
English (en)
Inventor
黄治辉
王明旭
严龙文
吴娜
王威策
弋开阳
李强
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.)
Southwestern Institute of Physics
Original Assignee
Southwestern Institute of Physics
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 Southwestern Institute of Physics filed Critical Southwestern Institute of Physics
Priority to CN202210997720.4A priority Critical patent/CN115468699A/zh
Publication of CN115468699A publication Critical patent/CN115468699A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L21/00—Vacuum gauges
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/0007—Fluidic connecting means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/0007—Fluidic connecting means
    • G01L19/003—Fluidic connecting means using a detachable interface or adapter between the process medium and the pressure gauge
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/0061—Electrical connection means
    • 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

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Abstract

本发明属于磁约束核聚变技术领域，具体涉及一种原位测量中性气体压强的快规系统；该系统，包括：快规规头、真空穿透法兰和快规电源模块；所述快规规头安装于核聚变装置内特定位置，与所述真空穿透法兰的一端通过金属铠装同轴电缆连接，用于测量所述核聚变装置内特定位置的中性气体压强；所述真空穿透法兰的另一端通过屏蔽电缆与所述快规电源模块连接；所述快规电源模块，用于为所述快规规头供电。该系统首次真正意义上实现了快速变化的中性气体压强及其分布在托卡马克装置非法兰窗口位置的“原位测量”，并为未来聚变堆中研发耐高温和耐强中子辐照的快规真空计打下了坚实的技术基础。

Description

一种原位测量中性气体压强的快规系统
技术领域
本申请属于磁约束核聚变技术领域，具体涉及一种原位测量中性气体压强的快规系统。
背景技术
在磁约束核聚变装置物理实验中，偏滤器靶板附近和主等离子体边缘附近空间的中性气体压强对高约束等离子体的获得以及先进偏滤器的运行都是十分重要的影响因素。因此，对偏滤器特定位置和主等离子体边缘附近的中性气体压强的研究十分重要。但是，由于磁约束核聚变装置的恶劣、复杂的工作环境：强磁场(如2-6特斯拉)、高温等离子体、多种辅助加热(如离子回旋加热、电子回旋加热、中性束注入、低杂波加热等)产生大量的高能量粒子、微波辐射、X射线干扰等，以及需要考虑到装置真空室壁处理的高温烘烤(如150-300℃)需求，使得主等离子体边缘附近的中性气体压强及其分布进行快时间响应(如时间尺度约为5-10毫秒)原位测量变得异常困难，普通的商用真空计根本无法胜任。
发明内容
本申请目的是提供一种原位测量中性气体压强的快规系统，解决普通的商用真空计根本无法胜任在磁约束核聚变装置恶劣、复杂的工作环境下，对装置真空室内非窗口位置快速变化的中性气体压强及其分布实现真正“原位测量”的问题。
实现本申请目的的技术方案：
本申请实施例提供了一种原位测量中性气体压强的快规系统，所述系统，包括：快规规头、真空穿透法兰和快规电源模块；
所述快规规头安装于核聚变装置内特定位置，与所述真空穿透法兰的一端通过金属铠装同轴电缆连接，用于测量所述核聚变装置内特定位置的中性气体压强；
所述真空穿透法兰的另一端通过屏蔽电缆与所述快规电源模块连接；
所述快规电源模块，用于为所述快规规头供电。
可选的，所述系统，还包括：屏蔽罩；
所述屏蔽罩套设在所述快规规头外，所述屏蔽罩上设置有开孔用于保证屏蔽罩内、外的中性气体粒子密度快速达到平衡。
可选的，所述屏蔽罩为不锈钢材质，一端为喇叭状，设置有百叶栅状的开孔。
可选的，所述快规规头，包括：灯丝阴极、调制栅、加速栅、收集栅、基座和耐高温屏蔽引线针；
所述灯丝阴极、所述调制栅、所述加速栅和所述收集栅均设置在所述基座的一端；所述灯丝阴极、所述调制栅、所述加速栅和所述收集栅从所述基座的另一端通过所述耐高温屏蔽引线针与所述金属铠装同轴电缆连接；所述屏蔽罩套设在所述基座的一端；
所述灯丝阴极，用于发射电子，经过所述调制栅和所述加速栅的调制与加速，产生具有特定能量的调制电子束；
所述收集栅，用于收集所述调制电子束与位于所述加速栅和所述收集栅之间中性气体粒子碰撞发生电离产生调制的离子流；
所述加速栅，用于加速所述灯丝阴极发射的电子，并收集所述调制电子束中除发生电离之外的电子束。
可选的，所述灯丝阴极、所述调制栅、所述加速栅和所述收集栅与所述耐高温屏蔽引线针之间的连接采用点焊焊接工艺；所述耐高温屏蔽引线针与所述基座之间的连接采用钎焊焊接工艺。
可选的，所述屏蔽罩与所述基座通过无磁螺钉固定。
可选的，所述快规电源模块，具体用于为所述灯丝阴极、所述调制栅、所述收集栅和所述加速栅供电；还用于接收所述收集栅收集的离子流和所述加速栅收集的电子流。
可选的，所述快规电源模块采用独立悬浮供电模式为所述灯丝阴极、所述调制栅、所述加速栅和所述收集栅供电。
可选的，所述金属铠装同轴电缆的中心为导体，所述导体的外侧套设绝缘陶瓷，所述绝缘陶瓷的外侧套设金属薄管。
可选的，所述屏蔽电缆外包裹屏蔽网。
本申请的有益技术效果在于：
(1)本申请通过快规规头与真空穿透法兰进行分离布局，可以将快规规头前置在磁约束核聚变装置的非法兰窗口位置，真正实现了在恶劣、复杂的工作环境下快速变化的中性气体压强的原位测量，满足快速变化的中性气体压强分布的测量需求；
(2)本申请通过屏蔽罩，在实现屏蔽罩内外中性粒子密度快速平衡的前提下，屏蔽高能量粒子和高功率低杂波和X射线直接进入电离区产生额外的气体电离，提高抗高能粒子和电磁干扰能力；
(3)本申请在快规规头与真空穿透法兰进行分离设计中，耐高温真空封接金属铠装同轴电缆、专用同轴电缆连接器和耐高温同轴电缆真空穿透法兰等措施不仅实现了快规的可靠电气连接，而且是保障快规系统的抗干扰能力和耐高温的关键。
本申请实施例提供的一种原位测量中性气体压强的快规系统通过采用上述诸多关键技术极大地提高了快规系统的抗干扰能力，其耐高温能力满足装置的运行要求，保障了测量的稳定性、可靠性和准确性，首次真正意义上实现了快速变化的中性气体压强及其分布在托卡马克装置非法兰窗口位置的“原位测量”，并为未来聚变堆中研发耐高温和耐强中子辐照的快规真空计打下了坚实的技术基础。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种原位测量中性气体压强的快规系统的流程示意图。
图中：
1-快规规头；11-灯丝阴极；12-调制栅；13-加速栅；14-收集栅；15-基座；16-耐高温屏蔽引线针；
2-真空穿透法兰；
3-快规电源模块；
4-金属铠装同轴电缆；
5-屏蔽电缆；51-屏蔽网；
6-屏蔽罩；61-开孔。
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。
参见图1，该图为本申请实施例提供的一种原位测量中性气体压强的快规系统的流程示意图。
本申请实施例提供的原位测量中性气体压强的快规系统，包括：快规规头1、真空穿透法兰2和快规电源模块3；
快规规头1安装于核聚变装置内特定位置，与真空穿透法兰2的一端通过金属铠装同轴电缆4连接，用于测量核聚变装置内特定位置的中性气体压强；
真空穿透法兰2的另一端通过屏蔽电缆5与快规电源模块3连接；
快规电源模块3，用于为快规规头1供电。
在本申请实施例中，通过快规规头1与真空穿透法兰2分离设计，将快规规头1前置于所需测量的位置，真正实现了在恶劣、复杂的工作环境下原位测量快速变化的中性气体压强及其分布的测量需求。
在实际应用中，真空穿透法兰2可以包括引线真空穿透法兰、大气侧(即与屏蔽电缆5连接侧)和真空侧(即与金属铠装同轴电缆4连接侧)的电连接插座，其空气泄漏率小于1×10-10Pa m3/s，其功能是除了作为真空约束外，同时保证金属铠装同轴电缆4的电连续性，提高测量系统的抗电磁干扰能力。
在本申请实施例一些可能的实现方式中，该原位测量中性气体压强的快规系统，还包括：屏蔽罩6；
屏蔽罩6套设在快规规头1外，屏蔽罩6上设置有开孔61用于保证屏蔽罩内、外的中性气体粒子密度快速达到平衡。
在一个例子中，屏蔽罩6为不锈钢材质，一端为喇叭状，设置有百叶栅状的开孔61，一方面保证屏蔽罩6内、外的中性气体粒子密度快速达到平衡，另外一方面又能屏蔽高能量粒子和高功率低杂波等辐射，避免其直接进入电离区产生额外的气体电离而导致电磁干扰和测量误差，提高快规系统的抗高能量粒子和电磁干扰能力。
在本申请实施例一些可能的实现方式中，快规规头1，具体可以包括：灯丝阴极11、调制栅12、加速栅13、收集栅14、基座15和耐高温屏蔽引线针16；
灯丝阴极11、调制栅12、加速栅13和收集栅14均设置在基座15的一端；灯丝阴极11、调制栅12、加速栅13和收集栅14从基座15的另一端通过耐高温屏蔽引线针16与金属铠装同轴电缆4连接；屏蔽罩6套设在基座15的一端；
灯丝阴极11，用于发射电子，经过调制栅12和加速栅13的调制与加速，产生具有特定能量的调制电子束；
收集栅14，用于收集调制电子束与位于加速栅13和收集栅14之间中性气体粒子碰撞发生电离产生调制的离子流；
加速栅13，用于加速灯丝阴极11发射的电子，并收集调制电子束中除发生电离之外的电子束。
在本申请实施例的工作原理是：由灯丝阴极11发射电子，经过调制栅12和加速栅13的调制与加速，产生具有特定能量的调制电子束；调制电子束与位于加速栅13和收集栅14之间中性气体粒子碰撞发生电离，产生调制的离子流被收集栅14收集，调制的离子流经过微电流放大器和解调器进行放大、解调后输出离子流；同时，加速栅13上收集调制电子束中除发生电离之外的电子束，经过小电流放大器和解调器放大、解调后得到发射电子流；在特定的气压范围内和发射电子流的条件下，由离子流与中性气体压强呈现特定的关系，而得到中性气体压强。作为一个示例，微电流放大器和解调器、小电流放大器和解调器可以设置在快规电源模块3内。
在一个例子中，灯丝阴极11、调制栅12、加速栅13和收集栅14与耐高温屏蔽引线针16之间的连接采用点焊焊接工艺；耐高温屏蔽引线针16与基座15之间的连接采用钎焊焊接工艺，从而提高其耐强磁场、抗高能粒子干扰、抗高功率低杂波的电磁干扰、抗电网波动产生的干扰和耐高温能力。
为了便于快规系统的维护，在一个例子中，屏蔽罩6与基座15通过无磁螺钉固定。
在本申请实施例一些可能的实现方式中，快规电源模块3，具体用于为灯丝阴极11、调制栅12、收集栅14和加速栅13供电；还用于接收收集栅14收集的离子流和加速栅13收集的电子流。根据给加速栅13的供电情况以及收集栅14收集的离子流情况，得到中性气体压强。
作为一个示例，收集栅14上的离子流和加速栅13的电子流分别通过微电流放大器和解调放大器进行信号放大和解调，然后由具有光电隔离单元的本地数据采集器进行数据采集，最后通过网络传输至数据库，进行存储与数据处理，保证了测量系统整体的抗干扰性能。
在一个例子中，快规电源模块3采用独立悬浮供电模式为灯丝阴极11、调制栅12、收集栅14和加速栅13供电，进一步增强快规系统的抗干扰能力。可以理解的是，独立悬浮供电模式即分别为灯丝阴极11、调制栅12和加速栅13进行独立供电，且各个供电电路的地线不接地。
在本申请实施例一些可能的实现方式中，金属铠装同轴电缆4的中心为导体，导体的外侧套设绝缘陶瓷，绝缘陶瓷的外侧套设金属薄管，其耐温能力优于450℃，绝缘性能大于1GΩ/500V，耐压能力不低于1kV，极大地提高快规系统的耐高温能力、抗干扰能力，保障测量的稳定性和可靠性，对快速变化的中性气体压强实现真正的原位测量。
在本申请实施例一些可能的实现方式中，屏蔽电缆5外包裹屏蔽网51，能有效地增强系统的抗干扰能力和稳定性。
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)

1.一种原位测量中性气体压强的快规系统，其特征在于，所述系统，包括：快规规头、真空穿透法兰和快规电源模块；
所述快规规头安装于核聚变装置内特定位置，与所述真空穿透法兰的一端通过金属铠装同轴电缆连接，用于测量所述核聚变装置内特定位置的中性气体压强；
所述真空穿透法兰的另一端通过屏蔽电缆与所述快规电源模块连接；
所述快规电源模块，用于为所述快规规头供电。
2.根据权利要求1所述的原位测量中性气体压强的快规系统，其特征在于，所述系统，还包括：屏蔽罩；
所述屏蔽罩套设在所述快规规头外，所述屏蔽罩上设置有开孔用于保证屏蔽罩内、外的中性气体粒子密度快速达到平衡。
3.根据权利要求2所述的原位测量中性气体压强的快规系统，其特征在于，所述屏蔽罩为不锈钢材质，一端为喇叭状，设置有百叶栅状的开孔。
4.根据权利要求2所述的原位测量中性气体压强的快规系统，其特征在于，所述快规规头，包括：灯丝阴极、调制栅、加速栅、收集栅、基座和耐高温屏蔽引线针；
所述灯丝阴极、所述调制栅、所述加速栅和所述收集栅均设置在所述基座的一端；所述灯丝阴极、所述调制栅、所述加速栅和所述收集栅从所述基座的另一端通过所述耐高温屏蔽引线针与所述金属铠装同轴电缆连接；所述屏蔽罩套设在所述基座的一端；
所述灯丝阴极，用于发射电子，经过所述调制栅和所述加速栅的调制与加速，产生具有特定能量的调制电子束；
所述收集栅，用于收集所述调制电子束与位于所述加速栅和所述收集栅之间中性气体粒子碰撞发生电离产生调制的离子流；
所述加速栅，用于加速所述灯丝阴极发射的电子，并收集所述调制电子束中除发生电离之外的电子束。
5.根据权利要求4所述的原位测量中性气体压强的快规系统，其特征在于，所述灯丝阴极、所述调制栅、所述加速栅和所述收集栅与所述耐高温屏蔽引线针之间的连接采用点焊焊接工艺；所述耐高温屏蔽引线针与所述基座之间的连接采用钎焊焊接工艺。
6.根据权利要求4所述的原位测量中性气体压强的快规系统，其特征在于，所述屏蔽罩与所述基座通过无磁螺钉固定。
7.根据权利要求4所述的原位测量中性气体压强的快规系统，其特征在于，所述快规电源模块，具体用于为所述灯丝阴极、所述调制栅、所述收集栅和所述加速栅供电；还用于接收所述收集栅收集的离子流和所述加速栅收集的电子流。
8.根据权利要求7所述的原位测量中性气体压强的快规系统，其特征在于，所述快规电源模块采用独立悬浮供电模式为所述灯丝阴极、所述调制栅、所述收集栅和所述加速栅供电。
9.根据权利要求1所述的原位测量中性气体压强的快规系统，其特征在于，所述金属铠装同轴电缆的中心为导体，所述导体的外侧套设绝缘陶瓷，所述绝缘陶瓷的外侧套设金属薄管。
10.根据权利要求1所述的原位测量中性气体压强的快规系统，其特征在于，所述屏蔽电缆外包裹屏蔽网。
CN202210997720.4A 2022-08-19 2022-08-19 一种原位测量中性气体压强的快规系统 Pending CN115468699A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210997720.4A CN115468699A (zh) 2022-08-19 2022-08-19 一种原位测量中性气体压强的快规系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210997720.4A CN115468699A (zh) 2022-08-19 2022-08-19 一种原位测量中性气体压强的快规系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115468699A true CN115468699A (zh) 2022-12-13

Family

ID=84366019

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210997720.4A Pending CN115468699A (zh) 2022-08-19 2022-08-19 一种原位测量中性气体压强的快规系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115468699A (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5278510A (en) * 1991-07-23 1994-01-11 Commissariat A L'energie Atomique Ionization vacuum gauge using a cold micropoint cathode
JPH08240503A (ja) * 1995-03-06 1996-09-17 Aneruba Kk フランジマウント型熱陰極電離真空計
CN201075049Y (zh) * 2007-09-13 2008-06-18 复旦大学 一种放电气体环境离子真空规管辅助仪器
CN112629746A (zh) * 2020-12-04 2021-04-09 合肥工业大学 一种可用于强磁场环境下的对称式热阴极电离真空计
CN114323429A (zh) * 2021-12-30 2022-04-12 成都睿宝电子科技有限公司 热阴极电离规灵敏度测试装置、方法及设备

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5278510A (en) * 1991-07-23 1994-01-11 Commissariat A L'energie Atomique Ionization vacuum gauge using a cold micropoint cathode
JPH08240503A (ja) * 1995-03-06 1996-09-17 Aneruba Kk フランジマウント型熱陰極電離真空計
CN201075049Y (zh) * 2007-09-13 2008-06-18 复旦大学 一种放电气体环境离子真空规管辅助仪器
CN112629746A (zh) * 2020-12-04 2021-04-09 合肥工业大学 一种可用于强磁场环境下的对称式热阴极电离真空计
CN114323429A (zh) * 2021-12-30 2022-04-12 成都睿宝电子科技有限公司 热阴极电离规灵敏度测试装置、方法及设备

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hirsch Inertial‐electrostatic confinement of ionized fusion gases
JP6560755B2 (ja) 電磁エミッションを低減するように構成された無線周波数発電機
CN111755317B (zh) 一种用于二次离子质谱仪的射频负离子源
US7139349B2 (en) Spherical neutron generator
CN104422478A (zh) 用于超高速撞击中瞬态等离子体参数测量的装置与方法
CN109060855A (zh) 一种金属表面二次电子发射系数测试方法
CN115468699A (zh) 一种原位测量中性气体压强的快规系统
Speth Development of powerful RF plasma sources for present and future NBI systems
CN110085497B (zh) 一种基于行波管x光通信器件
Zhang et al. High-efficiency W-band pulsed TWT with three-stage depressed collector
Browning et al. A low-frequency crossed-field amplifier for experimental investigations of electron-radio frequency wave interactions
US20140263996A1 (en) Radiation Generator Having Bi-Polar Electrodes
CN219201938U (zh) 一种用于强磁场中负离子直流引出的测量结构
Zhang et al. Electron optics system of a 100-MW S-band klystron
Cecconello et al. Neutral particle energy analyser based on time of flight technique for EXTRAP-T2R
US9263222B2 (en) Target extender in radiation generator
Oh et al. Ion Source Upgrade for World-Grade Technology on Fusion Neutron Source
Kolesnikov et al. Diagnostics of the efficiency of a stripping target of the Vacuum Insulated Tandem Accelerator
Miller et al. The electron gun for the Stanford two-mile accelerator
CN116828681A (zh) 一种适用于电推力器极微弱等离子体电信号测量噪声屏蔽系统及方法
Mizuno et al. X-band klystron diode test for Japan linear collider (JCL)
Matsuyama et al. A compact post-acceleration beam chopper for a 4.5 MV Dynamitron pulsed neutron generator
Trickett et al. Effects of high energy synchrotron radiation at copper surfaces
Dai et al. Time resolved absolute extreme ultraviolet radiation measurement on the ENN XuanLong-50 spherical tokamak
Klitzner et al. A Novel Two-Dimensional Readout Design for Floating Strip Micromegas Detectors

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