[发明专利]一种高速弹丸离心加速系统和方法

说明书

本发明公开了一种高速弹丸离心加速系统和方法，包括有旋转泵体、旋转轴、旋转叶片、旋转腔室、加速器支撑、加料室、加料管道、出料口、出料管道、靶室、分子泵机组及控制器。旋转轴安装在旋转泵体上，旋转轴的上方安装旋转叶片，旋转轴及旋转叶片放置在旋转腔室内部；加料室位于旋转腔室顶部，通过加料管道连接到旋转叶片上方；出料口设置在旋转腔室的侧壁，出料管道焊接到出料口上，出料管道在旋转腔室的切线方向上；分子泵机组连接到旋转泵体；控制器为旋转泵体提供电源及变频控制旋转轴转速，并实时显示旋转转速。本发明利用涡轮分子泵的旋转泵体及旋转轴为旋转叶片提供高达每分钟40000‑90000转的转速，最终通过旋转腔室切线方向的出料口及出料管道将弹丸甩出，实现弹丸500‑1000m/s的高速注入，解决聚变装置中高速弹丸注入的难题。

技术领域

本发明涉及聚变反应堆领域，主要涉及一种高速弹丸离心加速系统和方法。

背景技术

在聚变装置上，高速弹丸注入广泛应用在等离子体加料及杂质弹丸注入上，实现对等离子体加料、破裂防护、边界局域模控制及杂质输运研究等领域。尤其是，通过冰冻氢同位素弹丸注入技术实现等离子体芯部加料，提高等离子体的加料效率。

目前，国内外许多聚变装置都配备了不同的弹丸注入系统，如EAST、HL-2A、JET、ASDEX-U和DIII-D等。其中，冰冻氢同位素弹丸注入是一种将气体通过低温技术冷凝成固态弹丸，采用高压气体推进的方式注入到聚变装置内。这种推进弹丸方式的优点是气体保护弹丸，缓解弹丸与管道壁的碰撞，避免弹丸破碎；但是也有很大的问题，那就是需要的推进气体气压高，弹丸最大加载速度相对较低，比如DIII-D装置使用3.4MPa气体推进，速度在200-350m/s；同时需要较大的泵组抽除推进气体，体积庞大，所需的费用很高。杂质弹丸注入目前采用离心加速的方式，其转动采用的是普通的电机驱动，电机旋转轴的真空腔室密封采用油脂密封，漏率在10^-8m³/s,可以实现最大150m/s的，对于这种电机驱动的离心加速器，越快的转速将在转轴与真空腔室密封处产生越多的热量，高于150m/s的速度有真空泄漏的风险。

对于未来的聚变堆装置，由于等离子体具有高温、高密度的特点，普通的弹丸注入方式很难实现高速的弹丸注入，弹丸将在等离子体边界区域很快消融，难以注入到等离子体的芯部，难以满足等离子体芯部加料及破裂防护等需求。鉴于高速弹丸注入在聚变领域良好的应用前景，所以需要研制一种用于聚变装置内的高速弹丸离心加速系统。

发明内容：

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种高速弹丸离心加速系统和方法，以解决现有聚变装置技术中难以实现高速弹丸注入的问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种高速弹丸离心加速系统，包括有旋转泵体、旋转轴、旋转叶片、旋转腔室、加速器支撑、加料室、加料管道、出料口、出料管道、靶室、分子泵机组及控制器；

所述旋转轴安装在旋转泵体上，所述旋转轴的上方设有旋转叶片，所述旋转轴及旋转叶片布置在旋转腔室内部，所述加料室位于旋转腔室顶部，所述的弹丸存储在加料室内，所述的加料管道连通加料室与旋转叶片，所述的出料口设置在旋转腔室的侧壁，所述的出料管道焊接到出料口上，所述的靶室焊接到出料管道的终端，所述的分子泵机组连接到旋转泵体，所述的控制器通过控制线连接到旋转泵体；

将弹丸从加料室通过加料管道坠入到高速旋转的叶片中心区域，通过旋转叶片的旋转加速，将弹丸甩出到旋转腔室的内壁做圆周运动；当高速旋转的弹丸达到出料口位置时，将沿切线高速通过出料口，注入到出料管道内，实现弹丸500-1000m/s的高速注入。

进一步的，所述的高速弹丸为固态弹丸，尺寸为0.5-3mm，材质为锂、铍、碳及钨中的任一一种，或为固态的氢同位素弹丸，要求速度为500-1000m/s可调。