[發(fā)明專利]探針針頭及靜電探針

有效

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• 申請日: 2021-07-07
• 公開（公告）號: CN113447682B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發(fā)明（設計）人: 袁博達;許敏;聶林;王占輝;龍婷;劉灝;柯銳;龔少博
• 申請（專利權）人: 核工業(yè)西南物理研究院
• 主分類號: G01R1/067
• 分類號: G01R1/067;G01R1/073
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 唐邦英

本發(fā)明公開了探針針頭及靜電探針，探針針頭由同軸且直徑不同的圓柱體組成，包括針頭頭段、針頭過渡段、熱容池段和針頭尾段，其中，針頭頭段的直徑小于針頭過渡段的直徑，針頭過渡段的直徑小于熱容池段的直徑，針頭尾段的直徑小于熱容池段的直徑，探針針頭采用高熱導率石墨加工而成。本發(fā)明通過設計合理的探針針頭和探針模塊結(jié)構，使熱容池段具有較大的直徑，用于緩沖、分散探針頭部接收到的大量熱流，避免石墨針頭過熱甚至被嚴重燒蝕；本發(fā)明所述靜電探針可通過選用不同長度的石墨針頭、不同的后端連接電路以及不同的模塊化探針底座設計，將測量不同空間位置、不同物理量的多根靜電探針排列、組合在同一套靜電探針系統(tǒng)中，以實現(xiàn)不同的測量目的。

技術領域

本發(fā)明涉及等離子放電參數(shù)診斷技術領域，具體涉及探針針頭及靜電探針。

背景技術

對于磁約束核聚變裝置，當前的關鍵問題之一是如何提高和維持等離子體的約束性能，從而實現(xiàn)高溫(約一億度)、高密度(不低于10¹⁴cm^-3)等離子體的長時間(大于100秒)穩(wěn)態(tài)放電，實現(xiàn)持續(xù)的能源供給。

靜電探針是用于測量等離子體放電參數(shù)最成熟、最直接的診斷設備，通過測量靜電探針上的電壓或電流，可有效地計算得到等離子體溫度、密度、電勢及流速等物理量的平衡剖面和數(shù)值漲落，且通過將多根不同類型的探針組合，可以實現(xiàn)對上述物理量的多點、同步測量。

雖然靜電探針是目前磁約束核聚變研究中最為有效和可靠的診斷手段之一，但同時在測量應用中存在一系列的問題，且隨著磁約束核聚變等離子體放電參數(shù)的提升，一些問題會愈發(fā)凸顯，限制了靜電探針的可靠性和應用。典型地，在高參數(shù)等離子體環(huán)境中，傳統(tǒng)結(jié)構的靜電探針極易過熱，會相應地帶來三方面的主要問題：其一，靜電探針頭部一般使用導電的鎢、鉭等金屬材料或石墨材料制成，在探針表面過熱時，金屬或石墨材料會大量濺射雜質(zhì)，污染主等離子并嚴重影響等離子體整體的放電參數(shù)和約束狀態(tài)；其二，探針被嚴重燒蝕后，其形狀和表面積會發(fā)生變化，使原先的計算等離子體參數(shù)的公式不再適用，從而使靜電探針測量失準；其三，即使靜電探針的燒蝕沒有明顯改變探針形狀和其表面積，在探針過熱時，其表面會產(chǎn)生強烈的二次電子發(fā)射效應，從而使探針上的電壓或電流明顯改變，同樣會導致靜電探針的測量嚴重失準。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供探針針頭及靜電探針，解決現(xiàn)有靜電探針極易過熱的問題。

本發(fā)明通過下述技術方案實現(xiàn)：

探針針頭，由同軸且直徑不同的圓柱體組成，包括針頭頭段、針頭過渡段、熱容池段和針頭尾段，其中，針頭頭段的直徑小于針頭過渡段的直徑，針頭過渡段的直徑小于熱容池段的直徑，針頭尾段的直徑小于熱容池段的直徑，所述探針針頭采用石墨加工而成，所述石墨為高熱導率石墨。

本發(fā)明所述熱容池段具有較大的直徑，用于緩沖、分散探針頭部接收到的大量熱流，避免石墨針頭過熱甚至被嚴重燒蝕。

進一步地，針頭頭段的直徑為2mm，針頭過渡段的直徑為3.5mm，熱容池段的直徑為4.5mm，所述針頭尾段為2.5mm。

進一步地，針頭頭段的直徑為2mm，長為3mm～10mm；針頭過渡段的直徑為3.5mm，長為5mm～10mm；熱容池段的直徑為4.5mm，長為15～25mm；所述針頭尾段直徑為2.5mm，長為5.5mm。

進一步地，包括探針針頭、骨架和外殼；

所述骨架安裝于外殼內(nèi)，用于固定探針針頭，所述骨架包括骨架頭段、骨架中段和骨架尾段，所述骨架頭段、骨架中段和骨架尾段內(nèi)設置有相互連通的第一通槽、第二通槽和第三通槽，所述第一通槽用于嵌入針頭過渡段和熱容池段，所述第二通槽用于嵌入針頭尾段，所述針頭尾段的端部與連接端子連接，相鄰探針針頭之間、以及探針針頭與外殼之間互不接觸導通，所述針頭頭段的端部凸出于外殼。