[发明专利]一种基于磁流体发电原理的新型偏滤器

说明书

技术领域

本发明涉及等离子体磁约束装置中的偏滤器技术领域，具体涉及一种基于磁流体发电原理的新型偏滤器。

背景技术

用于受控核聚变的等离子体磁约束装置都需要排出装置运行过程中所产生的聚变产物、杂质粒子和从芯部等离子体逃离的等离子体，使用偏滤器技术是最常用的一种方法。偏滤器有几大功能，一、把等离子体约束区外的带电粒子偏滤到一个单独的室内，在此带电粒子轰击靶板，变为中性粒子被抽走；二、吸收这些粒子的能量，减少其直接轰击第一壁产生的杂质。传统的偏滤器完全靠偏滤器靶板吸收这些带电粒子的热能，因此要求偏滤器靶板承受的等离子体热负载很高，约为10MW/m²，并且轰击到偏滤器靶板的等离子体粒子的能量在1eV到100eV的量级范围。因此这对偏滤器靶板的材料提出了很高的要求，并对偏滤器的寿命产生了严峻的考验。

磁流体发电系统由于其结构简单、效率高，能直接将等离子体的内能转化为电能，因而受到广泛的关注与研究。但目前传统磁流体发电装置的性能取决于等离子体的电导率和磁场强度，主要使用燃烧等离子体作为工作物质，其特点是导电率低和需要很强的磁场强度，因此制约了传统磁流体发电技术的发展。而用于受控核聚变的等离子体磁约束装置中等离子体温度很高，流入偏滤器的等离子体也基本处于完全电离的状态，因此电导率很高。并且用于受控核聚变的等离子体磁约束装置中本身存在很强的磁场，流入偏滤器的等离子体流在垂直于环向磁场的方向上也有很大的流速分量，这样也就很好地满足了磁流体发电技术的需要。

综上可以看出，将磁流体发电原理应用在等离子体磁约束装置的偏滤器中，一方面利用磁流体发电的特点可以解决传统偏滤器技术所面临的困难，高效利用等离子体的能量；另一方面等离子体磁约束装置中流入偏滤器的高温等离子体的特性能很好的满足磁流体发电技术的需要，使得磁流体发电原理能够很好地应用在等离子体磁约束装置的偏滤器上。

发明内容

针对等离子体磁约束装置中偏滤器承受高温等离子体流高强度轰击的问题，本发明提供一种能降低偏滤器靶板热负载以及提高等离子体磁约束装置能量利用效率的新型偏滤器。该新型偏滤器利用流入偏滤器的等离子体进行磁流体发电，而且在此过程中降低偏滤器靶板上的热负载。

一种基于磁流体发电原理的新型偏滤器，包括一对极板、偏滤器靶板和由偏滤器室壁构成的中性化室，配套的辅助设备由抽气系统以及外负荷系统构成，其特征在于：

所述的一对极板位于等离子体进入中性化室的入口处；

所述的一对极板面向等离子体的表面平行于等离子体的流速u；

所述的一对极板面向等离子体的表面平行于等离子体磁约束装置中的环向磁场B；

所述的一对极板和外负荷系统连接构成电回路；

所述的一对极板和其他非外负荷系统有良好的绝缘性；

经过一对极板间隙的高温等离子体流的温度会有所降低，甚至部分离子和电子会结合成中性粒子，降低温度的等离子体流向偏滤器靶板，与偏滤器靶板作用，在中性化室中等离子体温度降至中性化，最终被抽气系统抽走。

其中，所述的一对极板也可以不严格平行于等离子体的流速u，允许有一定的夹角，这样一对极板还能提供一定的偏滤器靶板的功能，以高效利用真空室内有限的空间。

本发明与现有技术相比的优点在于：

（1）、利用了磁流体发电技术，将流向偏滤器靶板的等离子体能量部分转化为电能，降低等离子体的温度，减弱等离子体对偏滤器靶板的轰击和减小偏滤器靶板上的热负载。

（2）、利用了磁流体发电技术，将流向偏滤器靶板的等离子体能量部分转化为电能，提高了等离子体磁约束装置的能量利用效率。

（3）、利用偏滤器等离子体温度高、电离度高、电导率大的特点，以及利用等离子体磁约束装置固有的强磁场，克服了磁流体发电技术的两大技术难题，很好地满足了磁流体发电技术的两大需求，使得磁流体发电技术能够很好的应用在等离子体磁约束装置当中，尤其是偏滤器上。

附图说明

图1为一种基于磁流体发电原理的新型偏滤器示意图；图中，1为一对极板，2为中性化室，3为偏滤器靶板，4为偏滤器室壁，5为外负荷系统，6为抽气系统，u为等离子体流速，B为环向磁场。