[實用新型]一種適用于級聯弧離子源的小尺寸環形冷卻結構

有效

• 申請號: 201922003107.2
• 申請日: 2019-11-19
• 公開（公告）號: CN211980215U
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發明（設計）人: 黃文玉;鄭國堯;蔡立君;劉翔;朱運鵬;謝金雨;李佳鮮;薛淼;周月;薛雷;杜海龍
• 申請（專利權）人: 核工業西南物理研究院
• 主分類號: G21B1/11
• 分類號: G21B1/11
• 代理公司: 核工業專利中心 11007
• 代理人: 高安娜

本實用新型屬于磁約束核聚變技術，具體為一種適用于級聯弧離子源的小尺寸環形冷卻結構，包括冷卻套管主體、進水環形干流管和出水環形干流管；冷卻套管主體筒狀結構，筒壁內沿著筒壁豎直方向設有N個入水孔和N個出水孔，冷卻套管主體筒體下端設有N個連通部，其將相鄰的入水孔和出水孔連通，入水孔/出水孔內部壁面均排列有孔壁螺旋肋，通過螺旋肋條將靠近內壁一側的高溫水與靠近外壁一側的低溫水不斷交換，相對于光滑壁面的水路，能大幅度提高冷卻劑的換熱效率，降低結構最高溫度，平衡冷卻套管內外區域的熱量沉積。

技術領域

本實用新型屬于磁約束核聚變技術，具體涉及一種適用于級聯弧離子源的小尺寸環形冷卻結構。

背景技術

偏濾器作為未來聚變堆的關鍵部件，其直接面向等離子體的部件表面，將在強粒子流、高熱負荷的環境下運行，對表面材料和冷卻結構設計等均提出了極大的要求。目前的托卡馬克裝置的偏濾器區域的等離子體密度(～10²¹/m³)和離子通量(10²⁴/m³～10²⁵/m³)均遠低于未來聚變堆的水平，無法在該環境下開展等離子體與材料相互作用的特性研究，評估其是否適用于作為未來聚變堆偏濾器部件表面材料。

直線等離子體裝置由于其結構簡單、易于維護，且能夠產生高密度的低溫等離子體，作為等離子體與材料相互作用的特性研究，日益受到了重視。近年來，我國也逐步建立了多個直線等離子體裝置，如四川大學、核工業西南物理研究院、北京航空航天大學和中科院等離子體所等。目前直線裝置普遍采用級聯弧離子源，用于產生所需的低溫等離子體；為了得到更高的等離子體密度和通量，需要進行更大的電壓和電流放電，實現更高的功率輸出。雖然離子源的輸出功率大幅度增加了，但是送氣口通道的寬度基還在毫米量級，因此，電離的低溫等離子體會在這個狹小的管道空間內形成強的等離子體流和高熱負荷，并隨著放電功率的增加而快速增加，這將嚴重影響離子源的使用壽命，也限制了更高等離子體密度的放電運行。

發明內容

本實用新型的目的是提供一種適用于級聯弧離子源的小尺寸環形冷卻結構，其能夠作為等離子體放電通道的保護壁，快速導出沉積在該表面的熱負荷，延長離子源使用壽命。

本實用新型的技術方案如下：

一種適用于級聯弧離子源的小尺寸環形冷卻結構，包括冷卻套管主體、設于冷卻套管主體上方且與其冷卻通道連通的進水環形干流管和出水環形干流管；所述的冷卻套管主體筒狀結構，筒壁具有一定厚度，筒壁內沿著筒壁豎直方向設有2N個冷卻通道，其包括N個入水孔，N個出水孔，且入水孔和出水孔間隔布置，所述的進水環形干流管與入水孔相通，所述的出水環形干流管與出水孔相通；所述的入水孔與相鄰的出水孔在冷卻套管主體筒體下端內部連通，即在冷卻套管主體筒體下端設有N個連通部，其將相鄰的入水孔和出水孔連通。

所述的入水孔/出水孔內部壁面均排列有孔壁螺旋肋，其且在孔內壁環向均勻排布。

所述的孔壁螺旋肋數的扭曲比為2～5，肋的徑向厚度為0.1～0.4mm。

所述的冷卻套管主體上方設有過渡結構，其上設有2N個安裝通孔，在安裝通孔處間隔的設有N個進水支管和N個出水支管；所述的進水支管與其上方的進水環形干流管連通，所述的出水支管與其上方的出水環形干流管連通；所述的進水支管與下方的冷卻套管主體的入水孔相通，所述的出水支管與其下方的冷卻套管主體的出水孔相通。

所述的進水支管和出水支管為向外彎折的彎管，進水支管的高度位置大于出水支管的高度位置。

所述的過渡結構上的安裝通孔，其內直徑階梯漸變，形成漸變通孔，其大端直徑與下方的出水孔或入水孔的孔直徑相同，小端直徑與進水支管或出水支管的內直徑相同。

所述的進水環形干流管和出水環形干流管的外側分別安裝與其對應連通的進水管和出水管。