[实用新型]一种具有三棱柱反射阵列的气体靶中性化器

说明书

本实用新型属于磁约束聚变技术，具体为一种具有三棱柱反射阵列的气体靶中性化器。包括截面为矩形的中性化管道、设于中性化管道内的三棱柱反射阵列、纯铁屏蔽罩，三棱柱反射框围绕一圈的冷却水管；中性化管道底部设有送气结构，向中性化管道内输送中性化气体。设计三棱柱反射框，其能够反射气体分子，根据分子流特性，气体只和器壁发生碰撞，且碰撞后的发射角和入射无关，发射角满足余弦定理，因此反射框使得分子碰撞后尽可能多的停留在中性化器中，达到增加气体密度的效果。

技术领域

本实用新型属于磁约束聚变技术，具体涉及一种气体靶中性化器结构。

背景技术

中性束注入加热是受控核聚变实验中有效的辅助加热方式，气体在放电室中电离形成等离子体，而后被引出-加速系统引出形成离子束流，经中性化器和气体靶碰撞反应后转化为中性粒子束流，注入到托卡马克中心等离子体，起到加热作用。

中性束注入器是个差分抽气系统，放电室未被电离的气体会顺流至中性化器，形成初始气体靶，离子束通过中性化器时，离子束和气体靶碰撞反应，俘获或剥离电子转化为中性粒子，但并非所有的离子都会转化为中性粒子，不同能量的离子束流在气体靶中都有最大的中性化效率，实现离子束的最大中性化效率是提高中性束注入功率的有效途径。

当初始气体靶厚不足时，离子束的中性化效率达不到最大中性化效率，此时需要在中性化器的适当位置添加补充送气以增加气体靶厚，特别是对能量较高的负离子束流而言，添加的补充送气可能是顺流气体量的数倍，这些气体都将作为中性束注入器的气体负载进入真空室，将增加主泵的负载和再电离损失几率，甚至破坏托卡马克等离子体，因此在工程上通常取离子束最大中性化效率的95％为最佳中性化效率，此时所需的气体靶厚为最佳气体靶厚。根据离子束的能量和正负极性来确定中性化器中最佳气体靶厚度，由离子源放电参数确定未电离的顺流气体流量，不足的部分则通过补充送气使气体靶厚达到最佳气体靶厚。

气体靶中性化器因其结构简单，运行成本低等优点成为大多数中性束注入器的首选中性化器，某型号聚变装置的中性束注入器也选择气体靶中性化器。在某型号聚变装置中，需要实现最佳气体靶厚，同时减少束线气体负载，屏蔽托卡马克杂散场对中性化器离子束流传输轨迹的影响，因此需要设计一种适配的新型气体靶中性化器。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种具有三棱柱反射阵列的气体靶中性化器，能够达到最佳气体靶厚，同时减少束线气体负载。

本实用新型的技术方案如下：

一种具有三棱柱反射阵列的气体靶中性化器，包括截面为矩形的中性化管道、设于中性化管道内由若干个三棱柱反射框组成的三棱柱反射阵列、设于中性化管道外部的纯铁屏蔽罩，以及沿着每个三棱柱反射框围绕一圈的冷却水管；所述的冷却水管的进水口和出水口全部穿过中性化管道和纯铁屏蔽罩；所述的三棱柱反射框平行且等间距放置；所述的中性化管道底部设有送气结构，向中性化管道内输送中性化气体。

所述的三棱柱反射框由四段截面为直角三角形的三棱柱焊接组成。

所述的直角三角形为60°角的直角三角形，所述的三棱柱反射框中由截面直角短边所在侧面与中性化管道侧壁接触，并且垂直于离子束流方向，截面斜边所在侧面的外法线方向偏向中性化管道入口方向。

所述的送气结构包括穿过纯铁屏蔽罩下方并和中性化管道焊接的安装套管和设于安装套管内的同轴的送气管，安装套管下端为螺帽，送气管穿过纯铁屏蔽罩和中性化管道伸入到中性化管道包围形成的离子束流动空间内。

所述的送气管的送气端设有偏转段，偏转方向朝向离子束流动入口。

所述的偏转段的长径比为1～5。

所述的偏转段的偏转角度为140～160°。

所述的冷却水管的直径为6～8mm。

所述的螺帽和安装套管通过密封圈密封连接。