[发明专利]一种用于聚变装置等离子体杂质注入的机构及方法

说明书

本发明公开了一种用于聚变装置等离子体杂质注入的机构及方法，包括有第一连接件、第二连接件、第三连接件、收集器、第一引导口、第二引导口、第一引导管、第二导管、带刻度的直线导入器、抽气管道、抽气阀、抽气机组和插板阀；这些组件协同装配，精确高效地向等离子体中注入杂质颗粒。本发明既可以收集杂质注入分配系统测试时坠落的杂质颗粒(粉末)，实现重复利用，减少浪费；又可以保护了插板阀的密封性能，有效地延长插板阀的使用寿命；还可以提高杂质颗粒(尤其粉末状)注入系统的注入量的精确性。本发明提供了一种操作简单，节能高效，精确度高的杂质颗粒(粉末)注入的过度机构，为未来聚变堆中杂质注入的成功应用提供良好的技术基础。

技术领域

本发明涉及聚变反应堆真空技术领域，尤其涉及一种用于聚变装置等离子体杂质注入的机构及方法。

背景技术

磁约束受控核聚变是解决人类能源及环境问题的重要途径之一。随着聚变实验的深入开展，利用低Z杂质注入控制等离子体偏滤器区域辐射、抑制高约束条件下的边界局域模(ELMs)及改善等离子体边界再循环等越来越受到科研工作者的重视。为研究杂质注入对等离子体性能的影响，建立一种可靠、稳定的等离子体杂质注入(尤其是金属颗粒杂质)系统显得尤为迫切。传统上在进行颗粒杂质注入时，直接利用插板阀进行杂质注入分配系统与聚变装置的连接。等离子体杂质注入实验中，在进行杂质颗粒(粉末)注入过程中，由于杂质颗粒(粉末)自由坠落的过程中存在径向速度，不可避免的出现“扩散”现象，杂质颗粒(粉末)在经过插板阀时，飘落沉积在插板阀阀腔和阀板上。一方面，会影响插板阀的真空密封性能，降低其使用寿命，特别是具有腐蚀性杂质颗粒(如锂粉、锂球等)；另一方面，会影响杂质颗粒(粉末)注入量的精确度，对于流动性较差的杂质颗粒(如硼粉)尤为明显。这些都对杂质注入系统的可靠性及稳定性提出了极大的挑战。此外，聚变实验杂质颗粒材料制备较为复杂，采购成本较为昂贵，如果能收集利用杂质注入分配系统测试时洒落的杂质颗粒，可以节约大量科研经费。因此，设计一种能收集杂质颗粒并保证插板阀不被污染的等离子体杂质注入机构显得极为重要。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种用于聚变装置等离子体杂质注入的机构及方法，提升等离子体杂质注入的节约性、精确性和稳定性。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种用于聚变装置等离子体杂质注入的机构，其特征在于，包括有第一连接件、第二连接件、第三连接件、收集器、第一引导口、第二引导口、第一导管、第二导管、带刻度的直线导入器、抽气管道、抽气阀、抽气机组和插板阀；

所述的第一连接件位于上方，第一连接件的上、下两端分别与杂质注入分配系统和带刻度的直线导入器连接，第一连接件中部开孔焊接收集器；所述的第一引导口的大、小口分别焊接在第一连接件下端法兰内壁和第一导管上；

所述的第二连接件位于中间，第二连接件的上、下两端分别与带刻度的直线导入器和插板阀连接，第二连接件中部开孔焊接抽气管道，通过抽气阀接上抽气机组；

所述的第三连接件位于下方，上、下两端分别与插板阀和聚变装置连接，所述的第二引导口的大、小口分别焊接在第三连接件上端法兰内壁和第二导管上，引导杂质颗粒、粉末顺利注入聚变装置，与等离子体融合。

进一步的，所述的第一连接件是在φ55×100mm，壁厚2mm的SUS316无缝管两端分别焊接CF50和CF35法兰的部件，上端CF50法兰与杂质注入分配系统对接，下端CF35法兰内侧焊接第一引导口大口，小口向下，然后与带刻度的直线导入器标尺终点侧连接；第一连接件中部开孔焊接收集器。

进一步的，所述的第一引导口为喇叭状变径SUS316管，大口φ35，小口φ26，竖直高度30mm，壁厚2mm，小口下方焊接第一导管。

进一步的，所述的第一导管是φ26×300mm，壁厚2mm的SUS316无缝管，一端与引导口小口焊接，另一端倒角15°，以便通过第二引导口插入第二导管并与之楔合。