[发明专利]适用于磁约束装置的限制器探针系统

说明书

本发明公开了适用于磁约束装置的限制器探针系统，包括热沉基板、石墨瓦和探针组件。热沉基板采用铬锆铜加工而成，内部有两个水冷管道。石墨瓦采用高致密石墨制成，具有高导热率。探针组件由石墨探针头、陶瓷外壳、铜连接螺栓、固定螺母、铜接线柱、弹簧垫圈、锁紧螺母和导线组成，安装于石墨瓦和热沉基板内的探针孔中。探针组件各部分之间采用螺纹或压线钳压接的方式连接，机械上具有牢固和稳定的优点，能在高温环境工作。探针采用陶瓷外壳作为基体，内部部件与热沉基板无接触，保证了探针系统的绝缘性能。本发明采用模块化结构，可整体拆装，易于维护。本发明的限制器探针阵列为测量边界等离子体的三维结构提供了直接手段。

技术领域

本发明涉及磁约束等离子体诊断领域，具体是适用于磁约束装置的限制器探针系统。

背景技术

磁约束等离子体是利用特殊形态的磁场把电准中性的等离子体约束在特定空间内，主要应用于磁约束聚变领域，包括托卡马克、仿星器、磁镜和箍缩等聚变装置。聚变能是一种清洁能源，是未来解决人类能源问题的主要途径。磁约束聚变装置的边界等离子体与真空室内第一壁材料的相互作用是聚变研究的一个重要课题，因为聚变产物和一部分高温等离子体需要排出约束区，会给第一壁材料带来很高的热负荷，可能会导致材料损坏。在托卡马克和仿星器的先进位形中，边界等离子体会表现出三维结构特征，并与芯部或边界的等离子体不稳定性联系在一起。测量磁约束聚变装置边界上的等离子体参数以及它们的三维结构特征，对于理解和控制磁约束等离子体的行为有重要作用。

限制器是磁约束聚变装置中常见的部件，一方面能限制等离子体的位形，另一方面能保护限制器后方的其它真空室部件。一般来说，限制器在极向上具有较宽的跨度，沿着极向布置的朗缪尔探针阵列能够测量边界等离子体的三维结构特征。

朗缪尔探针可以测量等离子体的电子温度、电子密度、离子饱和流和悬浮电位，以及它们的涨落。目前已广泛应用于磁约束聚变装置，例如中平面的快速往复探针，以及安装在偏滤器靶板的偏滤器朗缪尔探针阵列，它们为边界物理研究提供了极为重要的信息。专利CN108040415B提出了一种适用于钨铜靶板的集成模块化探针系统，可整体拆装，绝缘性好，与之前的偏滤器探针系统相比性能更为可靠和稳定。因此，本发明吸收采纳了专利CN108040415B关于偏滤器朗缪尔探针的设计方案，作为限制器探针设计的技术参考。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于磁约束聚变装置的限制器探针系统，以实现对边界等离子体参数和三维结构的测量。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

适用于磁约束装置的限制器探针系统，包括热沉基板9、石墨瓦10和探针组件；所述限制器探针系统，在环向上对称分布着多个阵列，每个环向阵列在极向上沿着限制器表面分布着多个探针；所述石墨瓦10和热沉基板9上开有探针孔，探针组件组装完成之后，从热沉基板9的后端插入，用弹簧垫圈7和锁紧螺母8固定；所述探针的石墨探针头1与石墨瓦10的斜面平齐；石墨瓦10、石墨瓦10上的探针孔和探针头1的边缘均做圆角处理。