[發明專利]離子回旋共振加熱天線真空饋口陶瓷封結結構

無效

• 申請號: 200810022381.8
• 申請日: 2008-06-28
• 公開（公告）號: CN101315814A
• 公開（公告）日: 2008-12-03
• 發明（設計）人: 楊慶喜;宋云濤;趙燕平;王磊
• 申請（專利權）人: 中國科學院等離子體物理研究所
• 主分類號: G21B1/00
• 分類號: G21B1/00;G21B1/11;H05H1/18
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司
• 代理人: 余成俊

技術領域

本發明屬于離子回旋共振(ICRF)加熱領域，具體是離子回旋共振加熱天線真空饋口陶瓷封結結構。

背景技術

在目前已有的托卡馬克核聚變裝置中，離子回旋共振加熱(ICRF)是托卡馬克裝置上非常重要的輔助加熱手段之一。而真空饋口是離子回旋加熱天線非常關鍵部件之一，起著隔斷外部大氣進入內部真空的巨大作用，真空密封要求相當高。若此部件發生泄露，將會導致整個托卡馬克裝置無法運行。真空饋口由內、外導體和陶瓷封結部件通過焊接而成，在真空饋口中，陶瓷封結部件結構設計難度最大，因為陶瓷封結部件通過耐高壓的絕緣陶瓷和封結金屬法蘭焊接而成，由于封結金屬法蘭和絕緣陶瓷的熱膨脹系數相差很大，若結構設計不好，不僅將會導致焊接工藝難度增大，而且會在焊接過程中由于過大的熱應力把絕緣陶瓷拉裂而導致整個焊接失敗。目前世界上主要的幾個托卡馬克核聚變裝置中，離子回旋共振加熱天線真空饋口的陶瓷封結結構各不相同。在歐盟的JET托卡馬克核聚變裝置中，真空饋口陶瓷封結部件是兩個對稱的“漏斗”形狀結構，封結金屬法蘭材料為鈦；在法國的Tore?Supra托卡馬克裝置中，真空饋口陶瓷封結部件是金屬化側面帶有一定的斜度的結構，封結金屬法蘭結構復雜，材料為Kovar可伐合金；在日本的LHD托卡馬克裝置中，真空饋口陶瓷封結部件是帶有一定錐度的結構，封結法蘭材料為Kovar可伐合金。以上的陶瓷封結部件結構復雜，封結金屬法蘭材料昂貴，焊接工藝復雜，焊接時有些封結結構還需要特種夾具，焊接成本高。

發明內容

本發明目的是提出了離子回旋共振加熱天線真空饋口陶瓷封結結構，能夠解決焊接過程中過大的熱應力把絕緣陶瓷拉裂的問題，焊接工藝成熟，焊接時無需特種夾具，焊接成功率高，焊接成本低；此外還能夠方便和成功地與內、外導體進行焊接連接。

本發明技術方案如下：

離子回旋共振加熱天線真空饋口陶瓷封結結構，包括有陶瓷管，陶瓷管左、右端面為金屬化端面，其特征在于：所述的陶瓷管左端內壁套裝有第一無氧銅法蘭，所述的第一無氧銅法蘭有環形外翻邊沿經過真空焊接于陶瓷管左端金屬化端面上，第一不銹鋼封結法蘭經過真空焊接于第一無氧銅法蘭外翻邊沿上；陶瓷管右端外壁上套裝有第二無氧銅法蘭，所述的第二無氧銅法蘭有環形內翻邊沿經過真空焊接于陶瓷管右端金屬化端面上，第二不銹鋼封結法蘭經過真空焊接于第一無氧銅法蘭內翻邊沿上；所述的第一、第二不銹鋼封結法蘭分別有環形外、內翻邊，所述的外、內翻邊外端逐步由厚變薄為錐形結構。

所述的離子回旋共振加熱天線真空饋口陶瓷封結結構，其特征在于所述的陶瓷管為絕緣95陶瓷圓柱體；所述的第一、第二不銹鋼封結法蘭材料為316不銹鋼材料；所述的真空焊接是指采用釬焊焊料在真空釬焊爐中進行焊接。

本發明在兩端面已經金屬化的95絕緣陶瓷與316不銹鋼法蘭之間套上一個均勻壁厚為0.8mm的無氧銅法蘭目的是在真空釬焊過程中提供一個柔性過渡段，極大緩解了在焊接過程中316不銹鋼與95陶瓷之間由于熱膨脹系數的差異而產生過大的拉應力；另外，過渡無氧銅法蘭結構方便安裝定位。316不銹鋼法蘭形狀為“己”形狀，法蘭外端為錐形結構，壁厚均為0.8mm(除外端)有兩個原因，第一個原因：由于不銹鋼的剛度很大，壁厚為0.8mm目的是減少在真空釬焊時由于不銹鋼法蘭剛度過大而對95絕緣陶瓷產生過大的拉應力；第二個原因：根據Q＝(λAΔT)/T可知，材料的導熱量與材料的長度成反比，與材料的截面成正比。根據此理論，316不銹鋼法蘭形狀為“己”形狀，法蘭外端為錐形結構目的是通過延長傳熱路徑和減少傳熱面積，從而達到減少陶瓷封接部件和內外導體焊接時對陶瓷的導熱量，最終減少焊接時不銹鋼法蘭和陶瓷之間的熱應力，保證陶瓷封接部件和內外導體成功焊接。

附圖說明

圖1為本發明結構示意圖。

圖2為圖1中細節A放大圖。

圖3為圖1中細節B放大圖。

具體實施方式

離子回旋共振加熱天線真空饋口陶瓷封結結構，包括有95絕緣圓柱體形陶瓷管1，陶瓷管1左、右端面為金屬化端面，經過了金屬化處理，陶瓷管左、右端分別套裝第一無氧銅法蘭2、第二無氧銅法蘭3，第一無氧銅法蘭2、第二無氧銅法蘭3分別有環形外翻邊沿、環形內翻邊沿，和陶瓷管1左、右端金屬化端面之間放置一層真空釬焊焊料，接著在第一無氧銅法蘭2、第二無氧銅法蘭3分別有環形外翻邊沿、環形內翻邊沿上分別套裝“己”形狀的第一、第二不銹鋼封結法蘭4、5，其接觸面之間也放置一層真空釬焊焊料，最后以垂直方式放置在真空釬焊爐中進行焊接。所述的第一、第二不銹鋼封結法蘭4、5分別有環形外、內翻邊，所述的外、內翻邊外端逐步由厚變薄為錐形結構6。第一、第二不銹鋼封結法蘭4、5采用316不銹鋼材料。