[發明專利]一種用于等離子體破裂防護的活塞式彈丸注入系統及方法

在審

• 申請號: 202310676127.4
• 申請日: 2023-06-08
• 公開（公告）號: CN116592696A
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發明（設計）人: 莊會東;趙勝波;陳鑫鑫;周躍;黃明;左桂忠
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: F41A9/38
• 分類號: F41A9/38
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 孔偉

本發明提出一種用于等離子體破裂防護的活塞式彈丸注入系統及方法，包括進氣腔、彈丸加速腔、復位腔、進氣法蘭、放氣管、加料管、彈丸夾、復位氣管、隔離密封圈、出口法蘭、復位限位機構、進氣腔放氣閥、復位腔進氣閥、復位腔放氣閥。克服現有的散裂彈丸注入系統需要大型羅茨泵差分抽氣的技術難題，通過采用高壓氣體驅動及活塞式工作原理，實現了彈丸的加速及驅動氣體的有效隔離及清除。為等離子體破裂緩解實驗提供了高效的雜質注入工具。

技術領域

本發明涉及真空技術、高氣體驅動、彈丸注入及磁約束聚變領域，具體是一種應用于等離子體破裂防護的活塞式彈丸注入系統及方法。

背景技術

在托卡馬克放電試驗中，由于等離子體控制、磁流體不穩定性、雜質、高能逃逸粒子等原因，使得等離子體的破裂難以避免。特別是在實現托卡馬克聚變堆穩態運行的主要研究內容——維持穩態高參數等離子體的放電中，等離子體破裂放電會導致嚴重的破壞作用，如第一壁大的熱負載，強的機械應力，大的逃逸電流等，甚至對偏慮器靶板、第一壁部件甚至裝置造成嚴重損傷。雖然現有托卡馬克放電的不同參數的運行極限已經有了深入的研究，并且可以控制托卡馬克在“安全運行”區域而避免破裂發生，但是總有一些破裂難以避免，因此，為在高參數條件下避免或減小破裂對大裝置造成的危害，開展等離子體破裂緩解的研究是很有必要而且是很重要的，也是當前托卡馬卡等離子體物理研究的重點之一。

實驗研究發現，在破裂發生前如果能迅速的向等離子體內部注入一定能夠量的雜質粒子，則可以把等離子體破裂的危害性降低到最低的程度以起到保護裝置安全的效果。

由于等離子體破裂發生的突然性，因此，要實現快速且精確的雜質粒子注入，必須有快速響應的雜質注入系統。

發明內容

克服現有的散裂彈丸注入系統需要大型羅茨泵差分抽氣的技術難題，通過采用高壓氣體驅動及活塞式工作原理，實現了彈丸的加速及驅動氣體的有效隔離及清除。為等離子體破裂緩解實驗提供了高效的雜質注入工具。

為解決以上技術問題，本發明提出一種用于等離子體破裂防護的活塞式彈丸注入系統，包括進氣腔、加速腔、復位腔、進氣法蘭、放氣管、加料管、彈丸夾、復位氣管、隔離密封圈、出口法蘭、復位限位機構、進氣腔放氣閥、復位腔進氣閥、復位腔放氣閥等部件組成。所述的彈丸加速腔為所述的彈丸夾的滑動軌道，其一端與所述的進氣腔連接，而另外一端則與所述的復位腔相連接；所述的彈丸夾處于所述的彈丸加速腔內部，彈丸夾可以在彈丸加速腔內部左右滑動；所述的彈丸加料管則通過彈丸加速腔的側面開孔與彈丸加速腔相連通；所述的進氣腔一端與高壓充氣閥相連接，另外一端則與所述的彈丸加速腔相連；所述的進氣腔放氣閥則通過管道與所述的進氣腔相連接；所述的復位腔其一端與所述的彈丸加速腔相連接，而其另外一端則為出口法蘭；所述的復位腔進氣閥和放氣閥則通過管道與所述的復位腔相連接。

所述的彈丸夾由Peek材料加工而成，該彈丸夾外部為近橢圓結構，且其結構為一段粗一段細，其中粗段為滑動端，細段為彈丸腔體，在細段外部則安裝有隔離密封圈結構，可以保證彈丸夾被彈射到最終位置后能實現進氣腔和復位腔之間的氣體密封，外部近橢圓結構可以保證彈丸夾在所述的彈丸加速腔中只能左右往復運動而無法轉動。該彈丸夾內部結構為入口稍大的中空圓臺結構，且其側面開有一進料孔，固體顆粒彈丸可以從所述的彈丸加料管及該進料孔掉落到彈丸夾內部。

所述的彈丸加速腔為內部中空的圓柱形結構，其內部中空結構與所述的彈丸夾外形一致，均為近橢圓結構，且其尺寸與彈丸夾尺寸相同，差距為正負公差，可以方便彈丸夾在其內部只能左右滑動，而無法轉動，從而保證彈丸夾側面開孔始終朝上，且能保證只有極少量的驅動氣體能通過二者間隙流出。

同時，本發明提出一種用于等離子體破裂防護的活塞式彈丸注入方法，其特征在于，操作步驟如下：

(1)關閉出口法蘭連接的閥門、彈丸加料管閥門、進氣腔放氣閥。