CN211125562U - 一种射频离子源启动灯丝装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种射频离子源启动灯丝装置，包括进气管、上法兰绝缘压板、上法兰盖板、压紧螺栓、下法兰绝缘压板、钼棒、绝缘陶瓷、固定钼座、钼座法兰、真空密封圈、冷却水管和法兰盖板；所述进气管和钼座法兰及钼棒焊接成一体安装在下法兰绝缘压板上，整体再安装在下法兰盖板上；压紧螺栓将上法兰盖板和上法兰绝缘压板安装在下法兰盖板上，通过拧紧压紧螺栓压紧第一真空密封圈、第二真空密封圈、第三真空密封圈实现真空密封；绝缘陶瓷通过固定钼座安装在下法兰盖板上；其中，启动灯丝装置采用钼棒作为脉冲高压正极，钼座作为脉冲高压负极，利用高压击穿电离建立等离子体，同时充当进气装置安装在驱动盖板中间，避免等离子体放电的不均匀性。

Description

一种射频离子源启动灯丝装置

技术领域

本实用新型涉及射频离子发生器领域，尤其涉及一种射频离子源启动灯丝装置。

背景技术

中性束注入系统(Neutral Beam Injection,NBI)具有加热效率高，物理机制最清楚的特点，是EAST托卡马克重要的辅助装置之一。离子源是中性束注入系统中关键部件，大功率的中性束注入装置必然需要强流离子源的支持。其中射频离子源是中性注入系统中常用离子源，典型的射频离子源主要由射频驱动电源、射频功率发生器、传输电缆、匹配电路、射频天线、放电室、真空系统、冷却系统、测量和控制等部分组成。当射频离子源工作时，射频电源驱动射频发生器产生射频功率，并通过传输电缆和阻抗匹配网络传输到离子源放电室的射频天线线圈上，然后耦合到放电室内。当射频电流通过天线线圈时，产生轴向射频磁场，射频磁场随着时间的变化产生感应电场，感应电场加速电子，使被加速的电子和放电室内气体离子碰撞电离产生等离子体，并维持等离子体。

考虑屏蔽筒的电阻率，等离子体很难只通过射频功率建立。为了使等离子体放电更容易，需在放电室背板上安装启动灯丝。当气压高于1Pa时，可通过输入射频功率直接启动。当气压低于1Pa时，可用灯丝启动。

目前传统离子源启动灯丝较多采用细钨丝(0.2至0.5mm直径)加真空电极引出结构，该结构主要缺点有：

(1)细钨丝结构经常反复使用容易发生钨丝断裂，长脉冲下钨丝长时间处于等离子体环境下也容易发生变脆断裂。

(2)射频离子源驱动盖板需要专用的接口来安装细钨丝加真空电极引出结构，而盖板可利用空间较小还需要安装很多其它接口如诊断、冷却水路、观察窗口等，因此只能占用其它设备接口。

(3)细钨丝加真空电极引出结构一般只能安装在偏离中心位置的一侧，这样会引起等离子体放电的不均匀性。

实用新型内容

为了克服传统射频离子源启动灯丝装置存在反复或长时间使用容易发生钨丝断裂，需要专用的接口来安装占用其它设备接口，安装偏心引起等离子体放电的不均匀性等缺点。本实用新型提供一种射频离子源启动灯丝装置，解决传统启动灯丝使用寿命短需频繁更换，占用其它部件安装空间，偏心安装引起等离子体放电不均匀等缺点。

本实用新型的技术方案是：一种射频离子源启动灯丝装置，包括进气管、上法兰绝缘压板、上法兰盖板、压紧螺栓、下法兰绝缘压板、钼棒、绝缘陶瓷、固定钼座、钼座法兰、真空密封圈、冷却水管和法兰盖板；

所述进气管和钼座法兰及钼棒焊接成一体安装在下法兰绝缘压板上，整体再安装在下法兰盖板上；压紧螺栓将上法兰盖板和上法兰绝缘压板安装在下法兰盖板上，通过拧紧压紧螺栓压紧第一真空密封圈、第二真空密封圈、第三真空密封圈实现真空密封；绝缘陶瓷通过固定钼座安装在下法兰盖板上；

其中，启动灯丝装置采用钼棒作为正极，钼座作为负极。

进一步的，正极采用直径2mm金属钼棒，负极采用内径4mm、外径10mm、高度8mm、外侧为螺纹结构的钼座。

进一步的，启动灯丝装置中钼棒与钼座法兰之间存在间隙。

进一步的，所述第一真空密封圈位于上法兰绝缘压板和钼座法兰之间；所述第二真空密封圈位于钼座法兰和下法兰绝缘压板之间；所述第三真空密封圈位于下法兰绝缘压板和下法兰盖板之间；

进一步的，钼棒与下法兰盖板之间采用绝缘陶瓷进行隔离电位，绝缘陶瓷通过固定钼座安装在下法兰盖板上。

进一步的，冷却水管通过银铜焊接在下法兰盖板。

进一步的，启动灯丝装置采用钼棒作为脉冲高压正极，钼座作为脉冲高压负极，所述高压是指电压值范围5kV-8kV，利用高压击穿电离建立等离子体，同时充当进气装置安装在驱动盖板中间，避免等离子体放电的不均匀性。

本实用新型的有益效果是：

(1)采用直径2mm钼棒与钼座作为高压正负极，利用高压击穿电离建立等离子体较细钨丝结构更加可靠耐用。

(2)启动灯丝装置同时可以充当进气装置实现结构整合优化，节约了射频离子源驱动盖板空间从而可以为其它部件安装提供更多空间。

(3)由于进气装置和启动灯丝装置整合在一起安装在驱动盖板中间避免了等离子体放电的不均匀性。

附图说明

图1是一种射频离子源启动灯丝装置结构剖视图。

附图标记说明：1进气管、2上法兰绝缘压板、3上法兰盖板、4下法兰绝缘压板、5压紧螺栓、6钼棒、7绝缘陶瓷、8固定钼座、9第一真空密封圈、10钼座法兰、11第二真空密封圈、12第三真空密封圈、13冷却水管、14下法兰盖板。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。

根据本实用新型的一个实施例，参见图1，进气管(1)和钼座法兰(10)及钼棒(6)焊接成一体安装在下法兰绝缘压板(4)上，整体再安装在下法兰盖板(14)上。压紧螺栓(5)将上法兰盖板(3)和上法兰绝缘压板(2)安装在下法兰盖板(14)上，通过拧紧压紧螺栓(5)压紧第一真空密封圈(9)、第二真空密封圈(11)、第三真空密封圈(12)实现真空密封。所述第一真空密封圈(9)位于上法兰绝缘压板(2)和钼座法兰(10)之间；所述第二真空密封圈(11)位于钼座法兰(10)和下法兰绝缘压板(4)之间；所述第三真空密封圈(12)位于下法兰绝缘压板(4)和下法兰盖板(14)之间；

绝缘陶瓷(7)通过固定钼座(8)安装在下法兰盖板(14)上。

其中，上法兰绝缘压板(2)，下法兰绝缘压板(4)和绝缘陶瓷(7)实现钼棒(6)和下法兰盖板(14)电位隔离。当进气管(1)和下法兰盖板(14)之间施加了5kV直流高压，由于钼棒(6)和进气管(1)导通电位相同，下法兰盖板(14)和固定钼座(8)导通电位相同。当气体通过进气管(1)进入装置内部，钼棒(6)底部和固定钼座(8)之间由于5kV脉冲高压会产生击穿电弧使得气体电离产生等离子体。冷却水管(13)可以对下法兰盖板(14)进行冷却防止高温等离子体对其造成破坏。通过上下法兰绝缘压板和绝缘陶瓷，进行电位隔离，通过压紧真空密封圈进行真空密封。当气体通过进气管进入装置内部，钼棒底部和固定钼座之间由于5kV脉冲高压会产生击穿电弧使得气体电离产生等离子体。放电室内等离子体建立之后即可关闭5kV脉冲高压，此时放电室内已经建立稳定等离子体，该装置仅仅在建立等离子体初产生作用所以称之为启动灯丝。由于下法兰盖板和固定钼座虽然与等离子体直接接触，但有水冷冷却所以不会损坏。钼棒虽然与等离子体也直接接触，但金属钼熔点为2620度且钼棒较粗直径为2mm仅底部尖端部位与等离子体接触不会轻易发生损伤，所以整个结构是安全可靠的不会像细钨丝结构那样经常断裂。

根据本实用新型一个实施例的一种射频离子源启动灯丝装置，在进气管和下法兰盖板之间施加了5kV脉冲高压，当气体通过进气管进入装置内部，钼棒底部和固定钼座之间由于5kV脉冲高压会产生击穿电弧使得气体电离产生等离子体。放电室内等离子体建立之后即可关闭5kV脉冲高压，此时放电室内已经建立稳定等离子体，该装置仅仅在建立等离子体初产生作用所以称之为启动灯丝。装置采用直径2mm钼棒与钼座作为高压正负极，利用高压击穿电离建立等离子体较细钨丝结构更加可靠耐用；启动灯丝装置同时可以充当进气装置实现结构整合优化，节约了射频离子源驱动盖板空间从而可以为其它部件安装提供更多空间。由于进气装置和启动灯丝装置整合在一起安装在驱动盖板中间避免了等离子体放电的不均匀性。

尽管上面对本实用新型说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，且应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的实用新型创造均在保护之列。

Claims (6)

1.一种射频离子源启动灯丝装置，其特征是：包括进气管、上法兰绝缘压板、上法兰盖板、压紧螺栓、下法兰绝缘压板、钼棒、绝缘陶瓷、固定钼座、钼座法兰、真空密封圈、冷却水管和法兰盖板；

所述进气管和钼座法兰及钼棒焊接成一体安装在下法兰绝缘压板上，整体再安装在下法兰盖板上；压紧螺栓将上法兰盖板和上法兰绝缘压板安装在下法兰盖板上，通过拧紧压紧螺栓压紧第一真空密封圈、第二真空密封圈、第三真空密封圈实现真空密封；绝缘陶瓷通过固定钼座安装在下法兰盖板上；

其中，启动灯丝装置采用钼棒作为正极，钼座作为负极。

2.根据权利要求1所述的一种射频离子源启动灯丝装置，其特征是：正极采用直径2mm金属钼棒，负极采用内径4mm、外径10mm、高度8mm、外侧为螺纹结构的钼座。

3.根据权利要求1所述的一种射频离子源启动灯丝装置，其特征是：启动灯丝装置中钼棒与钼座法兰之间存在间隙。

4.根据权利要求1所述的一种射频离子源启动灯丝装置，其特征是：所述第一真空密封圈位于上法兰绝缘压板和钼座法兰之间；所述第二真空密封圈位于钼座法兰和下法兰绝缘压板之间；所述第三真空密封圈位于下法兰绝缘压板和下法兰盖板之间。

5.根据权利要求1所述的一种射频离子源启动灯丝装置，其特征是：钼棒与下法兰盖板之间采用绝缘陶瓷进行隔离电位，绝缘陶瓷通过固定钼座安装在下法兰盖板上。

6.根据权利要求1所述的一种射频离子源启动灯丝装置，其特征是：冷却水管通过银铜焊接在下法兰盖板。

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