[发明专利]适用于钨铜靶板的集成模块化探针系统

说明书

本发明公开了一种适用于钨铜靶板的集成模块化探针系统，包括有钨铜靶板和探针组件。钨铜靶板为钨片、无氧纯铜适应层和铬锆铜基座焊接而成，铬锆铜基座内被中间隔座隔分为两个水冷管道，水冷管道与连接铜管、进水铜管和出水铜管焊接连接而成。探针组件包括有探针头、前端陶瓷圈、铜连接件、后端陶瓷圈、弹簧垫圈、顶紧螺钉、接线螺钉和导线，安装于铬锆铜基座内的探针孔中，其中探针头可采用钨铜或纯石墨结构。本发明采用集成模块化结构，充分利用靶板空间，可整体拆装，无焊接固定结构，拆卸维修时对靶板无损坏的风险；探针系统结构简单、紧凑，空间分辨率更高；提高了探针系统测量精度。

技术领域

本发明涉及高温等离子体诊断系统领域，具体是一种适用于钨铜靶板的集成模块化探针系统。

背景技术

朗缪尔探针诊断系统是等离子体诊断中的一种常规诊断方法，其主要由接触等离子体的探针头和后端测量电路两个主要部件构成。根据朗缪尔探针测量理论，通常可分为单探针、双探针和三探针三种测量方法，单探针和双探针测量的后端电路需要使用扫描电压加在探针头上，而三探针需要加一个合适大小的偏压即可；根据鞘层原理，对与不同的探针头结构，其参数计算的理论方法也不同，常用的包括针状、圆柱状和球状等，其尺寸选择需根据等离子体鞘层的德拜长度、磁场强度和粒子元素等因素而定。此外，由于等离子体与材料之间的会发生溅射、侵蚀等作用，特别是高温等离子体中尤为严重，因此，对于探针的材料选择都需要综合考虑，目前通常采用钨、热解石墨、碳纤维复合材料（CFC）等耐高温抗腐蚀材料。

在高温等离子体中，对朗缪尔探针来说，面临着很大的挑战。由于等离子体温度更高，导致其对探针头材料之间的相互作用更加的强烈，从而导致探针的烧蚀、熔化等。虽然朗缪尔探针对高温等离子体的测量有一定的局限性，但是其仍然是大多数高温等离子体放电装置上不可或缺的诊断工具。探针头在等离子体中，要想延长其使用寿命，提高测量准确度，就需要采用更好的抗烧蚀耐高温材料，拥有有效的散热结构，并且在探针头发生烧蚀损坏时能够简单方便地更换。

目前，已经研发出很多种类型的高温等离子体放电装置的靶板或第一壁结构，如专利ZL201310403372.4中公开的一种用于聚变装置高热负荷部件的钨铜模块。针对纯铜的高润湿性和高蠕变松弛性，其在钨铜之间设计一层软的无氧纯铜适应层作为缓冲，从而减少了界面间应力，增加了界面结合力。目前，无氧纯铜与钨的连接技术有活性金属铸造、热压和热等静压等方法，无氧纯铜与铬锆铜热沉的连接技术有钎焊、爆炸焊和热等静压等多种连接方法。专利所述的钨铜模块由钨片、无氧纯铜适应层和铬锆铜合金热沉材料通过多种连接方法制备而成，能够承受高热负荷的冲击。此外，还有钨铜串管结构，采用外层全钨，内层依次为纯铜、铬锆铜，通过钎焊等方法制备而成。这两种结构都已经应用于EAST托卡马克装置上，作为偏滤器靶板的第一壁结构（J. Li et al., Phys. Scripta.T159, 014001(2014).），以提高EAST偏滤器耐热负荷能力。

专利ZL201410437565.6中提到了一种适用于EAST托卡马克装置全钨偏滤器的靶板探针系统，该系统能够很好的测量EAST钨偏滤器区域等离子体参数，并在EAST近几轮实验过程中得到验证。但该系统仅适用于钨铜串管结构，且其空间分辨率受限于钨铜串管结构和探针后端支撑结构，同时装配工艺复杂，很难保证最终的装配精度。此外，在EAST运行阶段由于高热负荷或者其他工程因素会导致探针系统损坏，若是后端支撑连接部件损坏，则需要对其进行拆卸才能进行维修操作。当发生需要拆卸维修情况时，一方面，若钨铜串管结构没有损坏，依据EAST系统优先级排列，不会对其进行拆卸，靶板探针系统则不会进行维修；另一方面，在拆卸钨铜串管前提下，由于该探针系统是采用焊接方式固定，拆卸时需要进行切割操作，因此存在损坏钨铜串管结构的风险。

发明内容 本发明的目的是提供一种适用于钨铜靶板的集成模块化探针系统，以实现对靶板表面的等离子体参数进行测量。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：