[發明專利]一種主動水冷離子吞噬器結構

有效

• 申請號: 201511023007.6
• 申請日: 2015-12-29
• 公開（公告）號: CN106935277B
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發明（設計）人: 曹建勇;黃高陽;趙凱;闞存東
• 申請（專利權）人: 核工業西南物理研究院;北京利方達真空技術有限責任公司
• 主分類號: G21B1/15
• 分類號: G21B1/15
• 代理公司: 核工業專利中心 11007
• 代理人: 張雅丁

本發明屬于磁約束聚變裝置高功率中性束注入(NBI)加熱系統核心部件—高熱負荷離子吞噬器的流體熱交換結構和水路連接技術領域，具體涉及一種主動水冷離子吞噬器結構。由于偏轉離子束流最高功率密度超過金屬材料的極限功率負荷(2kW/cm²)，需要采用變化角度的V字形主動水冷板，增加束流吸收面積，并減小粒子動量對吞噬靶板的轟擊。V字形結構離子吞噬器采用5塊多孔水冷無氧銅板。芯部側板的夾角為2×α，外部側板的夾角為2×β。同一側板與板之間采用串聯水路，兩側板之間采用并聯水路，套與套之間采用并聯水路，吞噬器通過專用支架懸掛在注入器真空室前壁上。水路連接中既保證了高水壓密封，還滿足真空中水管接頭的真空性能。

技術領域

本發明屬于磁約束聚變裝置高功率中性束注入(NBI)加熱系統核心部件—高熱負荷離子吞噬器的流體熱交換結構和水路連接技術領域，具體涉及一種主動水冷離子吞噬器結構。

背景技術

中性束注入(NBI)用以加熱磁約束等離子體，是提高離子溫度或者電子溫度的最有效方法之一，同時NBI也用來驅動等離子體電流并且控制等離子體性能。包括離子源在內的中性束注入器是中性束加熱系統的核心系統，主要包括：離子源，注入器真空室，置于真空室內部的中性化室，離子吞噬器，偏轉磁體，束邊緣刮削器，量熱靶，高抽速真空泵等。主要完成等離子體產生，離子束引出和加速，離子束中性化，殘留離子束偏轉，中性束幾何匯聚，中性束注入等物理過程。同時注入器還將具有束性能診斷，束功率測量，部件安全監測，高抽速真空運行等功能。離子吞噬器是中性束注入器不可缺少的核心部件之一，其功能是吞噬未中性化的離子束流。離子束經過與中性化氣靶發生作用后，仍然有40％左右的離子，離子成分有全能氘(氫)離子，半能氘(氫)離子，1/3能量氘(氫)離子，全能分子離子等，這些離子必須通過偏轉磁體進入離子吞噬器。

受HL-2M裝置的NBI加熱窗口尺寸限制，只有在每一條NBI加熱束線將裝備4套離子源條件下，束線的注入中性束功率能夠達到5兆瓦，為滿足未中性化離子束(也稱殘留離子束)的吞噬，需要對應注入器的總體結構布置4套離子吞噬器。按照整個注入器的整體空間規劃和物理結構設計，采用偏轉磁體將殘留離子束偏轉180°。因此，有必要研制一種采用變化夾角的V字形主動水冷無氧銅板結構，增加束流轟擊面積來滿足超高熱負荷要求，來滿足準穩態NBI運行需求。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種主動水冷離子吞噬器結構，從而為HL-2M托卡馬克裝置的5MW-NBI加熱束線研制安裝在注入器真空方箱內的主離子吞噬器。

為了實現這一目的，本發明采取的技術方案是：

一種主動水冷離子吞噬器結構，應用于HL-2M托卡馬克裝置第1條5MW-NBI加熱束線的主離子吞噬器，通過該主動水冷離子吞噬器結構吞噬由偏轉磁體偏轉的全能H₁⁺或者D₁⁺離子束；

根據HL-2M裝置NBI加熱束線的布局，主動水冷離子吞噬器結構包括4套離子吞噬器，4套離子吞噬器分為上下兩層，每層分為左右兩套；

每套離子吞噬器采用5塊主動水冷板組成V字形吞噬結構，包括4塊V字形側板和1塊底板；

底板的尺寸為30mm×268mm×455mm，通過專用支架懸掛設置在對應NBI加熱束傳輸方向的真空室內壁上，并與真空室內壁所在平面相互垂直，用于吞噬偏轉角小于180°的NBI加熱束；

4塊V字形側板組成的V形結構的V形截面與底板所在平面相互平行，V字形吞噬結構的開口位置對應離子源發射的偏轉離子束的位置；V字形側板和底板在V字形吞噬結構的開口位置處的面為轟擊表面；

上層兩套離子吞噬器中，4塊V字形側板的上端與底板固定連接；下層兩套離子吞噬器中，4塊V字形側板的下端與底板固定連接；