[發明專利]一種負氫離子源系統

在審

• 申請號: 202110725106.8
• 申請日: 2021-06-29
• 公開（公告）號: CN113438794A
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 高飛;王英杰;王友年
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H05H1/46
• 分類號: H05H1/46;H05H3/06;G21B1/05
• 代理公司: 北京化育知識產權代理有限公司 11833
• 代理人: 尹均利

本發明公開了一種負氫離子源系統。該系統包括：等離子體產生裝置和負氫離子引出裝置；等離子體產生裝置的等離子體出射口處設置負氫離子引出裝置；負氫離子引出裝置包括外殼、過濾磁場產生裝置和擴散區；外殼內設置擴散區；外殼包括金屬側壁和金屬頂面；金屬頂面為靜磁屏蔽面；金屬頂面開設有等離子體通道；等離子體產生裝置產生的等離子體從等離子體通道進入擴散區的頂部，并從擴散區的底部引出負氫離子；過濾磁場產生裝置設置在金屬側壁的外部且位于擴散區的底部。本發明能夠在冷卻擴散區的電子的同時，避免等離子體產生裝置內放電源區等離子體密度的降低。

技術領域

本發明涉及負氫離子源領域，特別是涉及一種負氫離子源系統。

背景技術

能源問題正日益得到重視，而磁約束核聚變被認為是未來解決人類能源危機的最佳方案之一。為了早日實現這一目標，國際上正在建設國際熱核反應實驗堆(International ThermonuclearExperimental Reactor，ITER)，而我國也正在規劃建設中國核聚變工程實驗堆(Chinese Fusion Engineering Test Reactor，CFETR)。面向未來的大型聚變裝置的基本目標都是達到聚變點火條件并實現穩態運行，以開展燃燒等離子體物理和工程技術實驗研究。高能量(離子能量在MeV量級)、準穩態(注入時間3600s)的中性束注入系統是大型聚變裝置實現高參數和高約束模式運行的必要條件之一。國內外學者研究發現，發展高能量長脈沖的基于柱面線圈射頻負氫離子源技術的中性束注入系統，是滿足磁約束核聚變芯部等離子體加熱需求的必然選擇。

然而，基于柱面線圈射頻負氫離子源的中性束注入系統的技術極為復雜，在世界范圍內尚未有成功研制的先例。要實現這一目標需要解決兩個關鍵問題：(1)在放電源區產生高密度的等離子體，尤其是高密度的電子、高振動激發態的氫分子、氫正離子和氫原子；(2)在擴散區底部(引出柵極上方)存在高密度的低能電子(小于2eV)或器壁表面能夠逃逸出大量的低能電子。為了解決這兩個問題，通常在柱面線圈負氫離子源的擴散區底部施加一個橫向的過濾磁場，用來約束低能電子，降低該區域的電子溫度。然而，研究發現，該過濾磁場不僅降低了電子溫度，也降低了放電源區的等離子體密度。而大功率負氫離子源，就是保證較高的等離子體密度才足以產生足夠的負氫離子用以引出。因此，目前的負氫離子源系統存在過濾磁場冷卻電子的同時降低了等離子體密度的問題。

發明內容

基于此，本發明實施例提供一種負氫離子源系統，能夠在冷卻擴散區的電子的同時，避免放電源區等離子體密度的降低。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種負氫離子源系統，包括：等離子體產生裝置和負氫離子引出裝置；所述等離子體產生裝置的等離子體出射口處設置所述負氫離子引出裝置；

所述負氫離子引出裝置包括外殼、過濾磁場產生裝置和擴散區；

所述外殼內設置所述擴散區；所述外殼包括金屬側壁和金屬頂面；所述金屬頂面為靜磁屏蔽面；所述金屬頂面開設有等離子體通道；所述等離子體產生裝置產生的等離子體從所述等離子體通道進入所述擴散區的頂部，并從所述擴散區的底部引出負氫離子；所述過濾磁場產生裝置設置在所述金屬側壁的外部且位于所述擴散區的底部。

可選的，所述金屬頂面的材料為相對磁導率不小于4000的磁性材料。

可選的，所述金屬頂面包括第一頂面和覆蓋在所述第一頂面上的第二頂面；所述第一頂面的材料為不銹鋼；所述第二頂面的材料為相對磁導率不小于4000的磁性材料。

可選的，所述金屬頂面的材料為純鐵。

可選的，所述第二頂面的材料為純鐵。

可選的，所述等離子體產生裝置包括：放電源區、石英桶、射頻線圈、金屬密封件和法拉第屏蔽罩；