[发明专利]兆瓦级离子源能量沉积分布的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及能量的测量领域，尤其是兆瓦级离子源高能粒子引出的能量沉积分布的测量，通过测量流经吸收高能粒子的热承载部件内部管道的冷却水温度变化及其水流量，实现能量沉积分布测量的一种方法。

背景技术

兆瓦级强流离子源等离子体放电与高能粒子引出需要在真空环境下运行，输出的是强流高能带电粒子束，经中性化以及磁场偏转后输出中性粒子，主要应用于托卡马克等离子体加热。等离子体加热需要根据等离子体的密度等因素注入相当能量的中性束，中性束的能量主要依靠测量运行过程中产生、偏转和损耗的粒子束能量来确定。

一般在长脉冲放电过程中，高能粒子束的能量很大，考虑到大功率的粒子束与相关的热承载部件相互作用,容易引起材料变性甚至融化，因此需要测量被冷却水带走的沉积在热承载部件上的热量，普通的能量测量方法难以满足强流粒子束的能量分布测量。

发明内容

本发明的目的是提供一种兆瓦级强流离子源引出的高能粒子能量的测量方法，以解决现有技术中不能有效的测量兆瓦级强流离子源的能量分布的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：

兆瓦级离子源能量沉积分布的测量方法，其特征在于：由冷却水管道、流量计、温差传感器、热承载部件和数据采集系统组成测量系统，各部件之间均由冷却水管相连接，流量计和温差传感器位于冷却水流经的冷却水管道的入口和出口处，冷却水通过冷却水管道流经流量计、温差传感器与各个热承载部件，吸收并带走沉积的热量，温差传感器和流量计与数据采集系统相连，测量冷却水的流入和流出热承载部件的温差和流量计算单位时间内冷却水所带走的能量，从而得到热承载部件能量沉积分布。

所述的冷却水管内表面具有一定的光洁度，且经过钝化处理，确保冷却水管不会对冷却水造成污染，也不会由于其他部件内部的杂质，造成水管堵塞或者其他部件的堵塞。

所述的流量计为灵敏度较高的流量计，能够准确计算出流经流量计的液体流量。

所述的温差传感器为灵敏度较高的温差传感器，能够准确测量入口和出口冷却水的温度差。

所述的热承载部件为专用吸收强流离子源输出的测量靶板与限制器，利用导热性能较好且熔点较高的纯铜材料制成，内置蜿蜒型冷却水管，冷却水管和外层的铜块之间利用真空钎焊使充分接触，可以及时将沉积在测量靶上面的热量以热传导的形式充分传递给冷却水，且多个热承载部件同时使用，可以反映出不同部位的能量沉积变化。

所述的数据采集系统为具有多通道、采样精度较高的数据采集仪，可以同时采集多个微弱电信号的温差传感器与该热承载部件冷却水流量的测量值；通过采集的温差值结合流经该部件的冷却水流量值图形化编程计算出高能粒子经过该部件时的能量沉积，从而得到离子源系统的能量分布。

本发明利用热承载部件将热量传递到内部的冷却水管中的冷却水，通过测量所有冷却水管的进出口温差以及流量，然后将计算得到的值进行积分，即可得到传递的能量，从而换算该部件沉积的能量以及各部件能量沉积分布。

该发明所采用的装置结构简单，安装方便，工作稳定可靠，可以根据不同的能量设计或者选择合适的热承载部件进行测量，该方法适用于各种大功率的测量场合。

 

附图说明

图1是本发明的结构原理图。

其中，1冷却水管、2流量计、3温差传感器、4热承载部件、5数据采集系统。

图2是应用于兆瓦级离子源能量沉积的测量系统，可以根据强流粒子束系统的工况设计多个热承载部件，测量得到强流粒子束的能量分布。

具体实施方式

如图1所示，兆瓦级离子源能量沉积分布的测量方法结构原理图，包括冷却水管道、流量计、温差传感器、热承载部件和数据采集系统，其中各部件之间均由冷却水管1相连接，冷却水流动方向为箭头所示方向。其特征在于：流量计和温差传感器位于冷却水流经的冷却水管道的入口和出口处，冷却水通过冷却水管道流经流量计、温差传感器与各个热承载部件，吸收并带走沉积的热量，通过温差传感器和流量计测量冷却水的流入和流出热承载部件的温差和流量计算单位时间内冷却水所带走的能量，从而得到热承载部件能量沉积分布。