[发明专利]一种制备混合冰冻弹丸的装置及其制备方法

说明书

本发明属于受控核聚变等离子体密度技术领域，具体涉及一种制备混合冰冻弹丸的装置及其制备方法，包括:枪管、冻结装置、快阀、排气管和加热丝；枪管的外壁中部固定环套有冻结装置，枪管的外壁上还环套有若干个加热丝，环套在枪管上的若干个加热丝以冻结装置为中心位置对称设置；冻结装置的外壁上也设置有加热丝；快阀通过排气管与枪管其中一端的端口相连接。本装置制备的混合冰冻弹丸可对聚变堆中等离子体破裂起到缓解作用，本制备方法采用原位冷凝原理，将混合冰冻弹丸注入实现更深沉的粒子沉积，实现等离子体密度更高，能量辐射更大的技术效果。

技术领域

本发明属于受控核聚变等离子体密度研究技术领域，具体涉及一种制备混合冰冻弹丸的装置及其制备方法。

背景技术

为了未来聚变装置尽可能长时间地运行，首先要保证等离子体能够被稳定约束，这就需要克服各种不稳定性因素，因此关于等离子体的约束和输运的研究、MHD稳定性、运行极限和破裂的研究、能量与粒子控制的研究等等成为了现今托卡马克等离子体研究的重点方向；目前研究发现，等离子体的破裂不稳定性是一种快增长的不稳定性因素；等离子体破裂后，产生的热载荷或许会导致装置部件熔化或蒸发；产生的晕电流，将产生大的电磁力，对装置带来极大危害；逃逸电子产生其能量会达到几十甚至上百兆电子伏特(1eV＝11600K)，一旦形成，这些高能的逃逸电子在速度空间上便脱离了本底热等离子体，它们将轰击第一壁或装置部件，造成器壁的严重损伤。

这些危害程度随着装置尺寸的增大而增大，因而设计研究有效的逃逸抑制手段是当前托卡马克等离子体物理研究的重点之一，也是下一代大型磁约束装置工程设计、安全运行、安全防护的物理基础之一和必须解决的问题。

针对上述问题，目前研究发现若在等离子体破裂前注入大量的高Z杂质气体，其中Z指的是原子序数，利用高Z杂质将能量辐射，可缓解等离子体破裂时带来的危害。

因此，需要设计一种在等离子体破裂前可注入大量的高Z杂质气体的装置及其方法，以有效提高等离子体密度，降低聚变装置第一壁热载荷，抑制逃逸电子，减少逃逸电流。

发明内容

本发明的目的是设计一种制备混合冰冻弹丸的装置及其制备方法，通过注入混合冰冻弹丸同时利用高Z杂质深沉注入实现更高的能量辐射，实现等离子体密度的提高，用于解决因等离子体易破裂这一不稳定因素导致聚变反应堆装置部件熔化或蒸发等损害的技术问题。

本发明的技术方案：

一种制备混合冰冻弹丸的装置，包括:枪管、冻结装置、快阀、排气管和加热丝；所述枪管的外壁中部固定环套有冻结装置，所述枪管的外壁上还环套有若干个加热丝，所述环套在枪管上的若干个加热丝以冻结装置为中心位置对称设置；所述冻结装置的外壁上也设置有加热丝；所述快阀通过排气管与枪管其中一端的端口相连接。

所述加热丝根据气体三相点的温度数值进行功率调节，以输出适合制备混合冰冻弹丸的加热温度。

所述枪管整体为中空圆柱形结构，枪管的两端还安装有真空抽气装置。

所述冻结装置还包括低温制冷器和冻结区域，所述低温制冷器的制冷温度范围在低Z加料气体的三相点以下3-4℃。

所述真空抽气装置包括两个真空抽气口，两个真空抽气口分别对称设置在枪管两端的端口。

一种如上所述的任意一项制备混合冰冻弹丸的装置的制备方法，包括如下步骤：

第一步：先将枪管两端真空抽气装置开启，进行真空抽气，保证枪管内无其他气体后，关闭真空抽气装置；启动冻结装置的低温制冷装置，将枪管内表面中冻结装置的冻结区域温度降至低Z加料气体三相点以下3-4℃，同时按照计算所需的气量缓慢送入低Z加料气体，此时枪管的内表面冻结一层低Z加料冰层；