[發明專利]一種適用于托卡馬克型磁約束核聚變裝置中第一鏡

有效

• 申請號: 201410668927.2
• 申請日: 2014-11-20
• 公開（公告）號: CN105652350B
• 公開（公告）日: 2018-10-23
• 發明（設計）人: 公發全;劉萬發;李剛;李義民;賈春燕;譚彥楠;劉通;徐志;董闖
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: G02B1/14
• 分類號: G02B1/14;G21B1/23
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

本發明涉及一種適用于托卡馬克型磁約束核聚變裝置中第一鏡結構及實現方法，具體地說是實現具有耐高能等離子體、中子及高能射線輻照，具有較高光譜反射率及其穩定性的反射鏡。這種第一鏡具有保護層，功能薄膜層，焊接釬料過渡層，微通道冷卻器。功能薄膜層為采用真空鍍膜工藝鍍制到保護層上，功能薄膜層與微通道冷卻器之間采用真空釬焊工藝，通過釬料過渡層焊接連接起來，形成一體的多層復合結構。其保護層耐高能等離子體、中子及高能射線輻照，功能薄膜層具有特征光譜反射功能，微通道冷卻器將保護層沉積的熱量排出，這種第一鏡適用于在高能等離子體、中子及高能射線輻照條件下使用，適用于作為核聚變反應裝置的第一鏡使用。

技術領域

本發明涉及一種適用于托卡馬克型磁約束核聚變裝置中第一鏡的實現方法，具體地說是采用一種多層結構，實現具有光學診斷功能的反射鏡，并且在高能等離子體、中子及高能射線輻照條件下，具有穩定光譜反射率的反射鏡實現方法。

背景技術

在托卡馬克型磁約束核聚變實驗裝置中，由于光學診斷系統(如湯姆遜散射與遠紅外等)需要必須在裝置的真空室內設置面對等離子體的第一鏡(FM)。隨著聚變裝置(如ITER)的穩態運行，等離子體放電時間加長、運行參數升高，第一鏡暴露于等離子體中的時間加長、所受的作用也更強烈，第一鏡問題變得越來越嚴重。

目前研究多采用單晶耐金屬鉬、銠和鎢等高熔點高硬度的金屬材料，制備具有較高反射率的鎢與鉬反射鏡，還需要克服加工高熔點高硬度金屬等技術問題，但大尺寸金屬單晶鎢和鉬制備第一鏡鏡面的加工和拋光比較困難，并且價格昂貴，而目前技術能力尚不能保證重復加工出高質量金屬單晶第一鏡。人們又提出，在高導熱基體上鍍金屬膜，相對于單晶第一鏡的制備，能夠克服難以加工和拋光等技術問題，但是制備一定厚度的金屬薄膜會存在附著力低，耐濺射能力差等缺陷。

發明內容

本發明的目的是提供一種實現耐高能等離子體、中子及高能射線輻照結構及其方法，提高聚變裝置中第一鏡的光譜反射穩定性，延長其使用壽命。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

采用具有較好光譜透過率的、耐高能等離子體、中子及高能射線輻照的金屬氧化材料，其面向聚變反應室，起到保護作用，稱為耐濺射保護層1。其背面根據需要鍍有金屬薄膜或介質薄膜，形成確定光譜反射率的功能薄膜層。光從耐濺射保護層入射到功能薄膜層上，功能薄膜層具有較高的反射率，這樣就構成聚變裝置中所需的反射光學元件，這種結構具有較好耐濺射能力。但由于前表面受高能離子濺射，將會沉積較高的熱量，如果濺射時間較長，因溫度梯度等原因，其表面層會破損、炸裂。因此在鍍膜面的下面，采用過渡焊接工藝，通過釬料過渡層將其焊接到金屬的微通道冷卻器上，解決耐濺射保護層和功能薄膜層的冷卻問題，將高能粒子濺射的熱量及時排出到結構體外。由于耐濺射保護層多為金屬氧化材料，其導熱性與金屬相比較差，為了減小保護層前后的溫度梯度，因此耐濺射保護層厚度小于500μm。這樣其機械強度較弱，其反射面的形面主要取決于與其焊接的微通道器表面面形，焊接采用低溫真空釬焊工藝，焊料厚度小于50微米，以減小反射面由應力引起的面形變化。

本發明保護層耐高能等離子體、中子及高能射線輻照，功能薄膜層具有特征光譜反射功能，微通道冷卻器將保護層沉積的熱量排出，這種第一鏡適用于在高能等離子體、中子及高能射線輻照條件下使用，適用于作為核聚變反應裝置的第一鏡使用。

附圖說明

圖1本發明第一鏡的結構示意圖；

具體實施方式