一種強(qiáng)流離子源電極的液態(tài)金屬兩級冷卻方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種強(qiáng)流離子源電極的液態(tài)金屬兩級冷卻方法，通過給進(jìn)氣管道一和進(jìn)氣管道二交替施加高壓氣使液態(tài)金屬經(jīng)過引出系統(tǒng)電極金屬管在腔體一和腔體二內(nèi)交替流動，把熱量傳遞給液態(tài)金屬，建立第一級換熱冷卻，在腔體一和腔體二內(nèi)，由換熱器一與去離子水路管道一和換熱器二與去離子水路管道二建立兩個獨立的去離子水冷循環(huán)，把熱量傳遞給去離子水，建立第二級換熱冷卻。本發(fā)明在電極部分采用高效率冷卻，把熱量帶出后采用通用冷卻，顯著提高了冷卻效果，經(jīng)濟(jì)實用。
【專利說明】一種強(qiáng)流離子源電極的液態(tài)金屬兩級冷卻方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用液態(tài)金屬的冷卻方法，尤其涉及一種強(qiáng)流離子源電極的液態(tài)金屬兩級冷卻方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，公知的強(qiáng)流離子源電極的冷卻方法是去離子水冷。即在空心電極流通去離子水，靠接觸傳熱使水的溫度升高，利用水的熱容來把電極的熱量傳導(dǎo)到水中并由水流動帶走。因為水常壓下100度就沸騰，汽化后嚴(yán)重影響了水的傳熱能力。當(dāng)強(qiáng)流離子源電極工作在長脈沖或高功率時，隨著熱負(fù)載增加，普通水冷不能很好的滿足要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的就是為了彌補(bǔ)已有技術(shù)的缺陷，提供一種強(qiáng)流離子源電極的液態(tài)金屬兩級冷卻方法。
[0004]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
一種強(qiáng)流離子源電極的液態(tài)金屬兩級冷卻方法，包括有引出系統(tǒng)電極金屬管，在引出系統(tǒng)電極金屬管左右端分別連接有封閉管路一和封閉管路二，封閉管路一和封閉管路二分別與腔體一和腔體二連通，腔體一和腔體二內(nèi)分別灌注有液態(tài)金屬，腔體一和腔體二上方分別設(shè)有進(jìn)氣管道一和進(jìn)氣管道二，在腔體一和腔體二底部還分別設(shè)有換熱器一和換熱器二，所述的換熱器一和換熱器二分別連接去離子水路管道一和去離子水路管道二，通過給進(jìn)氣管道一和進(jìn)氣管道二交替施加高壓氣使液態(tài)金屬經(jīng)過引出系統(tǒng)電極金屬管在腔體一和腔體二內(nèi)交替流動，把熱量傳遞給液態(tài)金屬，建立第一級換熱冷卻，在腔體一和腔體二內(nèi)，由換熱器一與去離子水路管道一和換熱器二與去離子水路管道二建立兩個獨立的去離子水冷循環(huán)，把熱量傳遞給去離子水，建立第二級換熱冷卻。
[0005]本發(fā)明的優(yōu)點是:本發(fā)明在電極部分采用高效率冷卻，把熱量帶出后采用通用冷卻，顯著提高了冷卻效果，經(jīng)濟(jì)實用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1是強(qiáng)流離子源結(jié)構(gòu)剖面圖。
[0007]圖2是電極通用水冷示意圖。
[0008]圖3是本發(fā)明方法原理圖。
【具體實施方式】
[0009]如圖1所示，離子源弧室I和引出系統(tǒng)2組成強(qiáng)流離子源，引出系統(tǒng)2由引出系統(tǒng)電極金屬管3組成。
[0010]如圖2、3所示，一種強(qiáng)流離子源電極的液態(tài)金屬兩級冷卻方法，包括有引出系統(tǒng)電極金屬管3，在引出系統(tǒng)電極金屬管3左右端分別連接有封閉管路一 4和封閉管路二 5，封閉管路一 4和封閉管路二 5分別與腔體一 6和腔體二 7連通,腔體一 6和腔體二 7內(nèi)分別灌注有液態(tài)金屬8，腔體一 6和腔體二 7上方分別設(shè)有進(jìn)氣管道一 9和進(jìn)氣管道二 10，在腔體一 6和腔體二 7底部還分別設(shè)有換熱器一 11和換熱器二 12,所述的換熱器一 11和換熱器二 12分別連接去離子水路管道一 13和去離子水路管道二 14，通過給進(jìn)氣管道一 9和進(jìn)氣管道二 10交替施加高壓氣使液態(tài)金屬8經(jīng)過引出系統(tǒng)電極金屬管3在腔體一 6和腔體二 7內(nèi)交替流動，把熱量傳遞給液態(tài)金屬8，建立第一級換熱冷卻，在腔體一 6和腔體二 7內(nèi)，由換熱器一 11與去離子水路管道一 13和換熱器二 12與去離子水路管道二 14建立兩個獨立的去離子水冷循環(huán)，把熱量傳遞給去離子水，建立第二級換熱冷卻。
[0011] 在第一級冷卻回路中以液態(tài)汞為例，汞的密度是水的14倍，比熱是水的1/3，粘性系數(shù)接近，因此在相同流速下汞的熱容能力是水的4倍多；再考慮到汞的導(dǎo)熱系數(shù)是10.4(W/m*K)，水的導(dǎo)熱系數(shù)是0.06(W/m*K)，和汞的沸點300度，所以第一級汞冷卻在熱容，冷卻速度，和溫度范圍都優(yōu)于水冷。在小空間和高熱負(fù)載的電極上需要這樣強(qiáng)的冷卻能力，待熱量傳遞出來就可以通過相對大體積的去離子水循環(huán)把熱量再轉(zhuǎn)移到水冷系統(tǒng)中。這里的連接氣路和去離子水路采用絕緣材料建立管道，滿足離子源電極電位絕緣要求。
【權(quán)利要求】
1.一種強(qiáng)流離子源電極的液態(tài)金屬兩級冷卻方法，其特征在于:包括有引出系統(tǒng)電極金屬管，在引出系統(tǒng)電極金屬管左右端分別連接有封閉管路一和封閉管路二，封閉管路一和封閉管路二分別與腔體一和腔體二連通，腔體一和腔體二內(nèi)分別灌注有液態(tài)金屬，腔體一和腔體二上方分別設(shè)有進(jìn)氣管道一和進(jìn)氣管道二，在腔體一和腔體二底部還分別設(shè)有換熱器一和換熱器二，所述的換熱器一和換熱器二分別連接去離子水路管道一和去離子水路管道二，通過給進(jìn)氣管道一和進(jìn)氣管道二交替施加高壓氣使液態(tài)金屬經(jīng)過引出系統(tǒng)電極金屬管在腔體一和腔體二內(nèi)交替流動，把熱量傳遞給液態(tài)金屬，建立第一級換熱冷卻，在腔體一和腔體二內(nèi)，由換熱器一與去離子水路管道一和換熱器二與去離子水路管道二建立兩個獨立的去離子水冷循環(huán)，把熱量傳遞給去離子水，建立第二級換熱冷卻。
【文檔編號】H01J27/02GK103617941SQ201310566952
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月14日
【發(fā)明者】李軍, 韋江龍, 謝亞紅, 胡純棟 申請人:中國科學(xué)院等離子體物理研究所