[发明专利]一种NNBI正负离子束偏及离子吞噬一体化结构

说明书

本发明公开了一种NNBI正负离子束偏及离子吞噬一体化结构，它包括结构框架，二极铁轭电磁体及磁路结构，离子吞噬结构及中性束传输通道，磁路结构，二极磁体励磁线圈，励磁线圈无磁不锈钢密封盒，励磁线圈空心绕线，励磁线圈励磁线进出密封管，离子吞噬器冷却水进水主管，离子吞噬器冷却水出水主管，负离子束吞噬前板，负离子束吞噬底板，负离子束吞噬后板，正离子束吞噬前板，正离子束吞噬顶板，正离子束吞噬后板，束传输通道右侧板，束传输通道左侧板。其有益效果在于：该一体化偏转和吞噬结构简化了高粒子能量的束偏转和吞噬结构制作难度，减小了正负离子偏转磁体和离子吞噬器的束截获率，特别是极大地降低了大型磁体和偏转结构的安装难度。

技术领域

本发明属于磁约束聚变堆点火加热用的基于负离子源的高功率中性束注入(NNBI)加热技术领域，具体涉及加热束线中性化后未中性化的残留负离子束，负离子中性化过程中电荷交换形成的正离子束偏转和吞噬结构。

背景技术

基于负离子源的中性束注入(NNBI)加热和电流驱动是未来聚变实验堆、工程堆以及示范堆必不可少的点火加热手段。负离子束中性化后残留的未中性化的负离子束，以及负离子中性化过程中电荷交换产生的正离子束必须偏转和吞噬，否则离子束伴随着中性束传输到NNBI注入漂移管道时，在磁约束磁场作用下偏转产生杂质，影响主机磁约束等离子体性能，并且增加注入窗口漂移管道的热负荷，导致系统安全性能下降。正负离子束的偏转可以采用磁偏转和电偏转，两种偏转方式各有优缺点。磁偏转技术成熟，耗能小，是目前运行的磁约束装置NBI和NNBI加热束线中最常用的偏转方式。

NNBI注入器中，粒子能量超过200keV的负离子束经过中性化室后，约20％的负离子未中性化，同时产生20％的同样能量的正离子束(正负离子具体份额与中性化室气靶厚度相关)。偏转离子束需要采用水冷结构的吞噬器吸收，多离子源引出束汇聚方式的NBI注入器中，离子吞噬器与偏转磁体是分离结构，需要单独在注入器真空室里安装偏转磁体和离子吞噬器。考虑基于负离子源的离子束中性化后的离子为正负两种离子，两种离子束磁偏转方向相反，采用独立的离子吞噬器需要两套独立的主动水冷吞噬结构，以及水冷吞噬器对应的两套独立的冷却水回路和支撑结构。

为研制HL-2M装置基于负离子源的NNBI加热束线，高功率准稳态负离子源测试平台以及未来聚变堆NNBI加热束线中的正负离子束偏转磁体和吞噬器，我们发明了一种利用水冷励磁线圈的两极铁轭磁体，偏转正负离子束±90°，磁极偏转及磁屏蔽上下固定主动水冷结构的离子吞噬结构，形成离子偏转和吞噬一体化的结构，满足NNBI加热束线运行中必须的离子偏转和吞噬功能，满足NNBI系统稳定运行。

发明内容

本发明的目的是提供一种NNBI正负离子束偏及离子吞噬一体化结构，适用于大型磁约束实验装置包括聚变堆量级装置的单个离子源，或者双离子源汇聚注入的高功率NNBI加热束线的残留负离子束，正离子束偏转和吞噬。

本发明的技术方案如下：一种NNBI正负离子束偏及离子吞噬一体化结构，它包括结构框架，二极铁轭电磁体及磁路结构，离子吞噬结构及中性束传输通道，磁路结构，二极磁体励磁线圈，励磁线圈无磁不锈钢密封盒，励磁线圈空心绕线，励磁线圈励磁线进出密封管，离子吞噬器冷却水进水主管，离子吞噬器冷却水出水主管，负离子束吞噬前板，负离子束吞噬底板，负离子束吞噬后板，正离子束吞噬前板，正离子束吞噬顶板，正离子束吞噬后板，束传输通道右侧板，束传输通道左侧板，支撑板，水排支撑板，吊装杆，真空密封法兰和吊装环。

所述的结构框架为上下两层的结构。

所述的结构框架内分别设置二极铁轭电磁体及磁路结构和离子吞噬结构及中性束传输通道。

所述的二极铁轭电磁体及磁路结构包括磁路结构，磁路结构上设置有二极磁体励磁线圈，二极磁体励磁线圈与励磁线圈励磁线进出密封管连接，二极磁体励磁线圈内设置有励磁线圈无磁不锈钢密封盒和励磁线圈空心绕线。

所述的离子吞噬器冷却水进水主管和离子吞噬器冷却水出水主管设置在结构框架的下层空间。