CN216902791U - 一种无法拉第筒的氮化硅陶瓷主动冷却射频离子源装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种无法拉第筒的氮化硅陶瓷主动冷却射频离子源装置，包括进气装置、固定法兰、射频离子源盖板、氮化硅陶瓷水冷桶、上支撑法兰、下支撑法兰和射频线圈；所述氮化硅陶瓷水冷桶包括氮化硅陶瓷材质的内壁和外壁，所述内壁和外壁分别通过第一胶水和第二胶水与上支撑法兰和下支撑法兰粘接密封，所述内壁和外壁之间具有间隙；所述射频线圈缠绕在所述外壁上；所述上支撑法兰和下支撑法兰为金属的。本实用新型采用双层氮化硅陶瓷结构粘接在上下支撑法兰上，为了避免粘接胶水受到等离子体直接轰击，内氮化硅陶瓷水冷筒两端采用L型法兰结构，且胶水周围有冷却水冷却，使得胶水不会因为高温失效导致整体泄漏。
Description
技术领域
本实用新型涉及射频离子源领域，具体涉及一种无法拉第筒的氮化硅陶瓷主动冷却射频离子源装置。
背景技术
在现有技术中，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托卡马克装置重要的辅助装置之一。离子源是中性束注入系统中的关键部件，大功率的中性束注入装置必然需要强流离子源的支持。随着国内外对中性束注入系统的不断发展，对强流离子源的研究也越来越多。目前国内外外置天线结构的RF离子源均采用陶瓷或石英玻璃绝缘，由于内部功率沉积和等离子体溅射会使得陶瓷或石英玻璃绝缘层温度上升导致结构受损。内部必须安装法拉第筒进行保护，该结构主要有以下缺点：
(1)法拉第筒冷却水路加工难度大，大量水路需采用真空钎焊的方式加工难度大且成本高；
(2)法拉第筒筒壁一般只能加工4mm左右的截面冷却水路，冷却效果差；
(3)法拉第筒的屏蔽性导致线圈很难馈入有效功率；
(4)法拉第筒结构增加了实验人员的调试难度；
(5)从真空室内部引出冷却水管的密封结构较为复杂且需要占用一定的空间；
(6)需要对法拉第筒做电位隔离。
实用新型内容
为了解决上述技术问题，本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案：
一种无法拉第筒的氮化硅陶瓷主动冷却射频离子源装置，包括进气装置、固定法兰、射频离子源盖板、氮化硅陶瓷水冷桶、上支撑法兰、下支撑法兰和射频线圈，所述进气装置和所述固定法兰安装在射频离子源盖板上，所述射频离子源盖板通过氟橡胶密封圈和M6内六角螺栓固定在氮化硅陶瓷水冷桶的上支撑法兰上，实现射频离子源装置的真空室密封；所述氮化硅陶瓷水冷桶包括氮化硅陶瓷材质的内壁和外壁，所述内壁和外壁分别通过第一胶水和第二胶水与所述上支撑法兰和下支撑法兰粘接密封，所述内壁和外壁之间具有间隙；所述射频线圈缠绕在所述外壁上；所述上支撑法兰和下支撑法兰为金属的。
进一步的，为了避免第一胶水和第二胶水受到等离子体的直接轰击，所述氮化硅陶瓷水冷桶的内壁上下的两端采用L型法兰结构，且第一胶水和第二胶水周围有冷却水冷却，使得第一胶水和第二胶水不会因为高温失效而导致泄漏。
进一步的，所述氮化硅陶瓷水冷桶的内径为192mm,外径206mm,高度180mm，其具有的L型上法兰的外径为217mm，厚度为8mm，其具有的下法兰的外径为230mm，厚度为8mm。
进一步的，所述外壁的内径为219mm,外径233mm,高度132mm。
进一步的，还包括进水口和出水口，所述进水口和出水口的水管根部对齐，法向夹角60度，所述进水口通入冷却水进行冷却。
本实用新型的有益效果是：
由于传统双层陶瓷水冷结构采用陶瓷和金属法兰真空钎焊工艺成型，该工艺需要对陶瓷进行特殊处理，且由于陶瓷和金属法兰之间的热膨胀系数不同，导致焊接成型的产品在使用过程中容易发生焊接面断裂失效。由于存在的焊缝很长，焊接难度也很高，焊接成功率较低，且真空钎焊需要采用真空钎焊炉和焊接前处理导致成型费用较高。本实用新型的射频离子源装置的结构简化为上下支撑法兰、双层氮化硅陶瓷水冷桶、进气装置、天线线圈等结构。氮化硅陶瓷水冷桶采用双层氮化硅陶瓷结构粘接在上下支撑法兰上，为了避免粘接胶水受到等离子体直接轰击，氮化硅陶瓷水冷桶的内壁两端采用L型法兰结构，且胶水周围有冷却水冷却，使得胶水不会因为高温失效导致整体泄漏。当射频离子源装置工作时，等离子体会直接作用在内壁引起温度上升，此时冷却水会起到降温作用从而保护内壁不受破坏。因氮化硅陶瓷水冷桶可以得到有效降温保护，因此可以去除法拉第桶结构从而简化射频离子源装置的结构。也就是说，本实用新型提供的无法拉第筒的氮化硅陶瓷主动水冷射频离子源装置，其绝缘陶瓷部分采用双层氮化硅粘接到上下金属法兰上，形成内部冷却水路主动为陶瓷降温，不需要法拉第筒保护陶瓷。相比陶瓷和金属法兰真空钎焊焊接结构，该结构采用双层氮化硅陶瓷粘接结构和粘接工艺，具有工艺难度较低，成型费用低，成功率高等优点。
附图说明
图1是一种氮化硅陶瓷主动冷却射频离子源装置的结构剖视图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，本发明的无法拉第筒的氮化硅陶瓷主动冷却射频离子源装置，包括进气装置1、固定法兰2、射频离子源盖板3、氮化硅陶瓷水冷桶、上支撑法兰6、下支撑法兰12和射频线圈10。所述进气装置1和所述固定法兰2安装在所述射频离子源盖板3上，所述射频离子源盖板3通过氟橡胶密封圈4和M6内六角螺栓固定在所述氮化硅陶瓷水冷桶的上支撑法兰6上，实现射频离子源装置的真空室密封；所述氮化硅陶瓷水冷桶包括氮化硅陶瓷材质的内壁8和外壁9，所述内壁8和外壁9分别通过第一胶水5和第二胶水11与所述上支撑法兰6和下支撑法兰12粘接密封，所述内壁8和外壁9之间具有间隙。所述射频线圈10缠绕在所述外壁9上。所述上支撑法兰6和下支撑法兰12为金属的。
为了避免所述第一胶水5和第二胶水11受到等离子体的直接轰击，所述氮化硅陶瓷水冷桶的内壁8上下的两端采用L型上、下法兰，且所述第一胶水5和第二胶水11周围有冷却水冷却，使得所述第一胶水5和第二胶水11不会因为高温失效而导致泄漏。
优选的，所述氮化硅陶瓷水冷桶的内径为192mm，外径206mm，高度180mm，其具有的L型上法兰的外径为217mm，厚度为8mm，其具有的下法兰外径为230mm，厚度为8mm。
优选的，所述外壁9的内径为219mm，外径233mm，高度132mm。
优选的，还包括进水口7和出水口13，所述进水口7和出水口13的水管根部对齐，法向夹角60度，所述进水口7通入冷却水进行冷却。
射频离子源装置工作时，等离子体会直接作用在氮化硅陶瓷水冷桶的内壁8从而产生热沉积引起氮化硅陶瓷水冷桶的内壁8温度上升。此时通过进水口7注入冷却水，氮化硅陶瓷水冷桶的内壁8和外壁9之间存在6mm的间隙，冷却水可以在间隙内流动，对氮化硅陶瓷水冷桶的内壁8进行冷却，从而达到降温的目的，冷却水通过出水口13流出。
本实用新型通过设置双层的氮化硅陶瓷水冷桶内壁8和外壁9，在两者之间形成流动冷却水的间隙，从而达到降温的目的。同时，将氮化硅陶瓷水冷桶的内壁8和外壁9与金属的上、下支撑法兰6、12粘接，工艺难度低，成功率高。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种无法拉第筒的氮化硅陶瓷主动冷却射频离子源装置，其特征在于：包括进气装置(1)、固定法兰(2)、射频离子源盖板(3)、氮化硅陶瓷水冷桶、上支撑法兰(6)、下支撑法兰(12)和射频线圈(10)，所述进气装置(1)和所述固定法兰(2)安装在射频离子源盖板(3)上，所述射频离子源盖板(3)通过氟橡胶密封圈(4)和M6内六角螺栓固定在氮化硅陶瓷水冷桶的上支撑法兰(6)上，实现射频离子源装置的真空室密封；所述氮化硅陶瓷水冷桶包括氮化硅陶瓷材质的内壁(8)和外壁(9)，所述内壁(8)和外壁(9)分别通过第一胶水(5)和第二胶水(11)与所述上支撑法兰(6)和下支撑法兰(12)粘接密封，所述内壁(8)和外壁(9)之间具有间隙；所述射频线圈(10)缠绕在所述外壁(9)上；所述上支撑法兰(6)和下支撑法兰(12)为金属的。
2.根据权利要求1所述的无法拉第筒的氮化硅陶瓷主动冷却射频离子源装置，其特征在于：为了避免所述第一胶水(5)和第二胶水(11)受到等离子体的直接攻击，所述内壁(8)上下的两端采用L型法兰结构，且所述第一胶水(5)和第二胶水(11)周围有冷却水冷却，使得所述第一胶水(5)和第二胶水(11)不会因为高温失效而导致泄漏。
3.根据权利要求1所述的无法拉第筒的氮化硅陶瓷主动冷却射频离子源装置，其特征在于：所述氮化硅陶瓷水冷桶的内径为192mm，外径为206mm，高度为180mm，其具有的L型上法兰的外径为217mm，厚度为8mm，其具有的下法兰的外径为230mm，厚度为8mm。
4.根据权利要求1所述的无法拉第筒的氮化硅陶瓷主动冷却射频离子源装置，其特征在于：所述外壁(9)的内径为219mm，外径为233mm，高度为132mm。
5.根据权利要求1所述的无法拉第筒的氮化硅陶瓷主动冷却射频离子源装置，其特征在于：还包括进水口(7)和出水口(13)，所述进水口(7)和出水口(13)的水管根部对齐，法向夹角60度，所述进水口(7)通入冷却水进行冷却。
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| CN202220230177.0U CN216902791U (zh) | 2022-01-27 | 2022-01-27 | 一种无法拉第筒的氮化硅陶瓷主动冷却射频离子源装置 |
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Publications (1)
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| CN216902791U true CN216902791U (zh) | 2022-07-05 |
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| CN202220230177.0U Active CN216902791U (zh) | 2022-01-27 | 2022-01-27 | 一种无法拉第筒的氮化硅陶瓷主动冷却射频离子源装置 |
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| CN (1) | CN216902791U (zh) |
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2022
- 2022-01-27 CN CN202220230177.0U patent/CN216902791U/zh active Active
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