[實用新型]直線型磁約束等離子體裝置

有效

• 申請號: 201721413231.0
• 申請日: 2017-10-30
• 公開（公告）號: CN207612455U
• 公開（公告）日: 2018-07-13
• 發明（設計）人: 許敏;王占輝;鄭鵬飛;聶林;車通;魏然;劉灝;柯銳;郭棟;龍婷;吳一帆;袁博達
• 申請（專利權）人: 核工業西南物理研究院
• 主分類號: H05H1/10
• 分類號: H05H1/10
• 代理公司: 核工業專利中心 11007
• 代理人: 李東斌

本實用新型涉及直線型等離子體裝置技術領域，具體公開了一種直線型磁約束等離子體裝置。該裝置包括離子源、環形磁體、真空室以及換樣裝置，其中，離子源、真空室以及換樣裝置順序連接，并在真空室外環繞安裝有若干個環形磁體；環形磁體包括不同內徑的環形磁體環繞安裝在真空室外側，使磁體距真空室中軸線距離盡量小，真空室內磁場強度滿足要求的前提下使磁體功率盡量小。該裝置中真空室通過錐孔體分隔成三級，進行差分抽氣，可降低抽氣負載；磁體充分利用了法蘭的間隙，并通過獨立調節各個磁體的電流，可產生高強度低波紋度的磁場，充分地約束等離子體，在真空室軸線上的磁場強度達到2000高斯，波紋度小于1％。

技術領域

本實用新型屬于直線型等離子體裝置技術領域，具體涉及一種直線型磁約束等離子體裝置。

背景技術

發展實用化的聚變反應堆，相關技術涉及等離子體穩態約束、部件壽命、聚變產物(粒子與熱)的輸運與利用、燃料循環/增殖和反應堆系統的經濟性/安全性等多方面。這些問題全都與一個關鍵問題緊密相關，即等離子體與材料相互作用(PMI)。現有的托卡馬克裝置進行面向等離子體材料的測試研究具有較大的局限性，一是不具備中子輻照條件，二是邊緣等離子體的參數與DEMO乃至聚變堆的實際工況有一定差距。而直線等離子體裝置則具有很好的可測量性、參數可控性和穩定運行特性，可以很有效地模擬等離子體邊緣與壁材料的相互作用情況，且其等離子體種類和密度等都可以得到良好的控制，很容易實現長脈沖或穩態放電，且造價較低。因此可以建造直線等離子體裝置進行PMI研究。國內近年建造了幾套直線等離子體裝置，如中科院合肥等離子體所及蘭州化物所各建造了一套等離子體通量達10²⁰-10²¹/m²·s的直線等離子體裝置，主要針對氫同位素等氣體的滯留研究；北京航空航天大學的STEP裝置標稱等離子體參數跨度較大，達10¹⁹～10²³/m².s目前主要用于教學與基礎實驗；四川大學720所的裝置據稱等離子體通量可達10²²～10²³/m².s，主要針對液態金屬的PMI研究，比較超前；浙江大學最近調試成功一臺直線等離子體裝置，用于支撐等離子體理論的研究。

這些裝置的建造及成功運行均證實了直線等離子體裝置的建造已具有較成熟的技術基礎。但是這些裝置的窗口比較少，只能支持一些基本的診斷，對于等離子體與材料相互作用的在線檢測及邊界等離子體輸運研究幫助十分有限。

發明內容

本實用新型的目的在于提供一種直線型磁約束等離子體裝置，解決現有的直線型等離子體實驗裝置窗口少，只能支持基本的診斷，無法實施綜合性等離子體與材料相互作用實驗的缺陷。

本實用新型的技術方案如下：一種直線型等離子體裝置，該裝置包括離子源、環形磁體、真空室以及換樣裝置，其中，離子源、真空室以及換樣裝置順序連接，并在真空室外環繞安裝有若干個環形磁體；環形磁體包括不同內徑的環形磁體環繞安裝在真空室外側，使磁體距真空室中軸線距離盡量小，真空室內磁場強度滿足要求的前提下使磁體功率盡量小。

所述的真空室包括等離子體源室、等離子體診斷室以及靶室，其中，等離子體源室、等離子體診斷室以及靶室順序連接，并在等離子體源室、等離子體診斷室以及靶室上開有若干個圓形法蘭和方形法蘭，并在靶室中靠近等離子體診斷室的連接端處開有若干個斜向法蘭。

所述的等離子體源室和等離子體診斷室為直徑相同且相對較小的圓柱筒結構，靶室為直徑相對較大的階梯圓柱筒結構。

所述的真空室外環繞的環形磁體包括3組不同內徑的圓環形磁體，分別為第一組環形磁體、第二組環形磁體以及第三組環形磁體，其中，第一組環形磁體環繞固定在等離子體源室和等離子體診斷室中圓形法蘭、方形法蘭之間的間隙處；第二組環形磁體環繞固定在等離子體診斷室于靶室的連接處，使其不遮擋靶室端面的斜向法蘭；第三組環形磁體環繞固定在靶室中圓形法蘭、方形法蘭之間的間隙處。