專利名稱:超聲氣體或團簇注入器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種核聚變裝置的加料設備。
背景技術：
常規(guī)噴氣技術被普遍用于現(xiàn)有的核聚變實驗裝置的等離子體加料，其技術措施是，高壓氣體(氣壓約為0.2MPa左右)通過壓電晶體閥門連續(xù)或脈沖注入核聚變實驗裝置真空室，用于建立初始等離子體或提高等離子體的密度。用常規(guī)噴氣方法提高等離子體密度時出現(xiàn)了一些困難，存在的問題是氣體粒子定向速度低，發(fā)散角大，只能沉積在等離子體邊緣輻射區(qū)，粒子注入深度只有3至4cm，加料效率低，約為15％至30％。隨著本底等離子體密度的增加，加料效率更低。這種加料形式所用的壓電晶體閥門，是通過外加電壓使壓電晶體閥片的形變輸入氣體，閥門出口形狀是直管式的，噴射的氣體粒子發(fā)散角大、定向速度低；這種閥門的結構限制了噴口形狀的改進，使其不能在高氣壓狀況下運行，通常使用的氣體壓力低于0.2MPa。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種能克服常規(guī)核聚變實驗裝置噴氣加料注入粒子的分散性，提高注入粒子通量、注入深度及加料效率，峰化等離子體密度，改善等離子體約束性能的超聲氣體或團簇注入器。
本發(fā)明的技術方案如下一種超聲氣體或團簇注入器，包括閥門組件，閥門組件固定在與環(huán)流器真空室管道連接的法蘭上，該閥門組件為帶有拉瓦爾噴口的氣體射流閥門，氣體射流閥門與高壓輸氣管相連接，氣體射流閥門外設有液氮冷阱，在液氮冷阱外設有磁屏蔽。
本發(fā)明所提供的超聲氣體或團簇注入器，用氣體射流閥門代替原有的壓電晶體閥門，用拉瓦爾(Laval)噴口替代直管式噴口，低溫高壓氣體通過拉瓦爾噴口使無規(guī)則熱運動粒子趨于定向，并使定向速度比原熱運動速度提高2至3倍，形成超聲氣體或團簇射流注入，增加了注入深度，加料粒子有可能進入等離子體約束區(qū)。另外，這種閥門的工作氣體氣壓可高達8MPa，氣體溫度可降至液氮溫度，使用于核聚變的燃料氣體氘(D2)形成團簇。這樣，在同樣口徑情況下，比常規(guī)噴氣注入粒子通量提高兩個量級。使用該射流注入器后的超聲氣體團簇射流加料效率為30％至60％，比常規(guī)噴氣加料效率提高一倍以上。有利于促使等離子體密度分布峰化、器壁粒子再循環(huán)下降、約束改善等。



圖1為超聲氣體或團簇注入器的結構示意圖。
圖中，1.閥門傳熱螺栓 2.液氮輸入管 3.溫度計探頭 4.磁屏蔽5.法蘭 6.高壓輸氣管 7.液氮冷阱 8.氣體射流閥門 9.A-lock接頭具體實施方式
如圖1所示，超聲氣體或團簇注入器包括閥門組件，閥門組件固定在與環(huán)流器真空室管道連接的CF150法蘭5上，該閥門組件為帶有拉瓦爾噴口的氣體射流閥門8，此閥門可直接購得，型號為Series99，也可選用結構類似的其它型號或自行設計制造，但要求具備在液氮溫度下承受真空和高氣壓密封的性能。氣體射流閥門8通過A-lock接頭9與高壓輸氣管6相連接，該A-lock接頭9既可以真空密封，又能承受10MPa的氣壓。氣體射流閥門8外設有液氮冷阱7，液氮冷阱為注有液氮的銅容器，有助于提高傳熱效率，液氮通過在液氮輸入管2注入銅容器內。液氮冷阱7外設有磁屏蔽4，以免核聚變裝置(如托卡馬克)運行時電磁場對閥門的干擾。
該超聲氣體或團簇注入器設置在核聚變實驗裝置的高壓氣源設備和真空室之間，由于氣源氣壓與真空室的本底氣壓的壓差很大，打開閥門將氣源與真空室接通，燃料氣體就會從很小(通常為亞毫米)的閥門噴口(拉瓦爾噴口)以超聲氣體射流形態(tài)噴入真空室。工作氣壓范圍根據(jù)需要可在0.3MPa至5MPa之間。將閥門嵌入液氮冷阱，如冷阱工作在液氮溫度，則可以形成氘團簇提高注入氣體的密度一倍以上。
采用超聲氣體或團簇注入器加料與采用常規(guī)的壓電晶體閥門加料的效果比較見下表超聲氣體或團簇注入加料與常規(guī)噴氣加料效果之比較


權利要求
1.一種超聲氣體或團簇注入器，包括閥門組件，閥門組件固定在與環(huán)流器真空室管道連接的法蘭(5)上，其特征在于所述的閥門組件為帶有拉瓦爾噴口的氣體射流閥門(8)，氣體射流閥門(8)與高壓輸氣管(6)相連接，氣體射流閥門(8)外設有液氮冷阱(7)，在液氮冷阱(7)外設有磁屏蔽(4)。
2.如權利要求
1所述的超聲氣體或團簇注入器，其特征在于所述的氣體射流閥門(8)通過A-lock接頭(9)與高壓輸氣管(6)相連接。
3.如權利要求
1或2所述的超聲氣體或團簇注入器，其特征在于所述的液氮冷阱(7)為注有液氮的銅容器。
專利摘要
本發(fā)明涉及一種核聚變裝置的加料設備，具體為一種超聲氣體或團簇注入器，它包括閥門組件，閥門組件固定在與環(huán)流器真空室管道連接的法蘭上，該閥門組件為帶有拉瓦爾噴口的氣體射流閥門，氣體射流閥門與高壓輸氣管相連接，氣體射流閥門外設有液氮冷阱，在液氮冷阱外設有磁屏蔽。該超聲氣體或團簇注入器克服了常規(guī)核聚變實驗裝置噴氣加料注入粒子的分散性，提高了注入粒子通量、注入深度及加料效率，峰化等離子體密度，改善了等離子體約束性能。
文檔編號G21B1/15GKCN1941216SQ200510105647
公開日2007年4月4日 申請日期2005年9月29日
發(fā)明者姚良驊 申請人:核工業(yè)西南物理研究院導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan