兆瓦級(jí)離子源能量沉積分布的測(cè)量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種兆瓦級(jí)離子源能量沉積分布的測(cè)量方法，包括冷卻水管道、流量計(jì)、溫差傳感器、熱承載部件和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，強(qiáng)流離子源發(fā)射的高能離子束直接射擊到熱承載部件上，冷卻水管道在熱承載部件上呈蛇管型分布，流量計(jì)和溫差傳感器位于冷卻水流向的冷卻水管道的入口和出口處并與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連，冷卻水在冷卻水管道內(nèi)由入口到出口定向流動(dòng)吸收并帶走熱承載部件上沉積的熱量，利用流量計(jì)和溫差傳感器測(cè)量冷卻水流入和流出熱承載部件時(shí)的流量和溫差計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)冷卻水所帶走的能量，得到熱承載部件能量沉積分布。在實(shí)際使用中，本發(fā)明研究兆瓦級(jí)的強(qiáng)流離子源領(lǐng)域以及極其復(fù)雜的電磁環(huán)境下相關(guān)裝置測(cè)量能量沉積分布，重復(fù)性好，工作穩(wěn)定可靠。
【專利說明】兆瓦級(jí)離子源能量沉積分布的測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及能量的測(cè)量領(lǐng)域，尤其是兆瓦級(jí)離子源高能粒子引出的能量沉積分布的測(cè)量，通過測(cè)量流經(jīng)吸收高能粒子的熱承載部件內(nèi)部管道的冷卻水溫度變化及其水流量，實(shí)現(xiàn)能量沉積分布測(cè)量的一種方法。
【背景技術(shù)】
[0002]兆瓦級(jí)強(qiáng)流離子源等離子體放電與高能粒子引出需要在真空環(huán)境下運(yùn)行，輸出的是強(qiáng)流高能帶電粒子束，經(jīng)中性化以及磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后輸出中性粒子，主要應(yīng)用于托卡馬克等離子體加熱。等離子體加熱需要根據(jù)等離子體的密度等因素注入相當(dāng)能量的中性束，中性束的能量主要依靠測(cè)量運(yùn)行過程中產(chǎn)生、偏轉(zhuǎn)和損耗的粒子束能量來確定。
[0003]一般在長(zhǎng)脈沖放電過程中，高能粒子束的能量很大，考慮到大功率的粒子束與相關(guān)的熱承載部件相互作用，容易引起材料變性甚至融化，因此需要測(cè)量被冷卻水帶走的沉積在熱承載部件上的熱量，普通的能量測(cè)量方法難以滿足強(qiáng)流粒子束的能量分布測(cè)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種兆瓦級(jí)強(qiáng)流離子源引出的高能粒子能量的測(cè)量方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中不能有效的測(cè)量兆瓦級(jí)強(qiáng)流離子源的能量分布的問題。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:
兆瓦級(jí)離子源能量沉積分布的測(cè)量方法，其特征在于:由冷卻水管道、流量計(jì)、溫差傳感器、熱承載部件和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成測(cè)量系統(tǒng)，各部件之間均由冷卻水管相連接，流量計(jì)和溫差傳感器位于冷卻水流經(jīng)的冷卻水管道的入口和出口處，冷卻水通過冷卻水管道流經(jīng)流量計(jì)、溫差傳感器與各個(gè)熱承載部件，吸收并帶走沉積的熱量，溫差傳感器和流量計(jì)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連，測(cè)量冷卻水的流入和流出熱承載部件的溫差和流量計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)冷卻水所帶走的能量，從而得到熱承載部件能量沉積分布。
[0006]所述的冷卻水管內(nèi)表面具有一定的光潔度，且經(jīng)過鈍化處理，確保冷卻水管不會(huì)對(duì)冷卻水造成污染，也不會(huì)由于其他部件內(nèi)部的雜質(zhì)，造成水管堵塞或者其他部件的堵塞。
[0007]所述的流量計(jì)為靈敏度較高的流量計(jì)，能夠準(zhǔn)確計(jì)算出流經(jīng)流量計(jì)的液體流量。
[0008]所述的溫差傳感器為靈敏度較高的溫差傳感器，能夠準(zhǔn)確測(cè)量入口和出口冷卻水的溫度差。
[0009]所述的熱承載部件為專用吸收強(qiáng)流離子源輸出的測(cè)量靶板與限制器，利用導(dǎo)熱性能較好且熔點(diǎn)較高的純銅材料制成，內(nèi)置蜿蜒型冷卻水管，冷卻水管和外層的銅塊之間利用真空釬焊使充分接觸，可以及時(shí)將沉積在測(cè)量靶上面的熱量以熱傳導(dǎo)的形式充分傳遞給冷卻水，且多個(gè)熱承載部件同時(shí)使用，可以反映出不同部位的能量沉積變化。
[0010]所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為具有多通道、采樣精度較高的數(shù)據(jù)采集儀，可以同時(shí)采集多個(gè)微弱電信號(hào)的溫差傳感器與該熱承載部件冷卻水流量的測(cè)量值；通過采集的溫差值結(jié)合流經(jīng)該部件的冷卻水流量值圖形化編程計(jì)算出高能粒子經(jīng)過該部件時(shí)的能量沉積，從而得到離子源系統(tǒng)的能量分布。
[0011]本發(fā)明利用熱承載部件將熱量傳遞到內(nèi)部的冷卻水管中的冷卻水，通過測(cè)量所有冷卻水管的進(jìn)出口溫差以及流量，然后將計(jì)算得到的值進(jìn)行積分，即可得到傳遞的能量，從而換算該部件沉積的能量以及各部件能量沉積分布。
[0012]該發(fā)明所采用的裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，工作穩(wěn)定可靠，可以根據(jù)不同的能量設(shè)計(jì)或者選擇合適的熱承載部件進(jìn)行測(cè)量，該方法適用于各種大功率的測(cè)量場(chǎng)合。
[0013]【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理圖。
[0015]其中，I冷卻水管、2流量計(jì)、3溫差傳感器、4熱承載部件、5數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
[0016]圖2是應(yīng)用于兆瓦級(jí)離子源能量沉積的測(cè)量系統(tǒng)，可以根據(jù)強(qiáng)流粒子束系統(tǒng)的工況設(shè)計(jì)多個(gè)熱承載部件，測(cè)量得到強(qiáng)流粒子束的能量分布。
【具體實(shí)施方式】
[0017]如圖1所示，兆瓦級(jí)離子源能量沉積分布的測(cè)量方法結(jié)構(gòu)原理圖，包括冷卻水管道、流量計(jì)、溫差傳感器、熱承載部件和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其中各部件之間均由冷卻水管I相連接，冷卻水流動(dòng)方向?yàn)榧^所示方向。其特征在于:流量計(jì)和溫差傳感器位于冷卻水流經(jīng)的冷卻水管道的入口和出口處，冷卻水通過冷卻水管道流經(jīng)流量計(jì)、溫差傳感器與各個(gè)熱承載部件，吸收并帶走沉積的熱量，通過溫差傳感器和流量計(jì)測(cè)量冷卻水的流入和流出熱承載部件的溫差和流量計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)冷卻水所帶走的能量，從而得到熱承載部件能量沉積分布。
[0018]冷卻水管I可以直接連接在冷卻水箱上面，并且冷卻水管道內(nèi)部需要有足夠的壓力才能驅(qū)使冷卻水的循環(huán)。流量計(jì)2位于冷卻水入口處和冷卻水出口處，可以通過流量計(jì)測(cè)量流入和流出冷卻水的流量，同時(shí)也可以計(jì)算出中間的損耗。溫差傳感器3位于熱承載部件的入口和出口處，并且盡量靠近被測(cè)量的部件，以減少由于熱量損失而造成的測(cè)量誤差。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)5通過測(cè)量溫差傳感器的溫差微弱信號(hào)，利用冷端補(bǔ)償模塊增加測(cè)量精度，計(jì)算出溫度變化量，得出較為準(zhǔn)確的結(jié)果，同時(shí)根據(jù)流量計(jì)測(cè)量得到的流量大小，可以計(jì)算出冷卻水流經(jīng)熱承載部件所帶出的能量。
[0019]本發(fā)明在兆瓦級(jí)的強(qiáng)流離子源領(lǐng)域以及極其復(fù)雜的電磁環(huán)境下相關(guān)裝置測(cè)量能量沉積分布，重復(fù)性好，工作穩(wěn)定可靠。
【權(quán)利要求】
1.一種兆瓦級(jí)離子源能量沉積分布的測(cè)量方法，其特征在于:包括冷卻水管道、流量計(jì)、溫差傳感器、熱承載部件和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，強(qiáng)流離子源發(fā)射的高能離子束直接射擊到熱承載部件上，冷卻水管道在熱承載部件上呈蛇管型分布，流量計(jì)和溫差傳感器位于冷卻水流向的冷卻水管道的入口和出口處并與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連，冷卻水在冷卻水管道內(nèi)由入口到出口定向流動(dòng)吸收并帶走熱承載部件上沉積的熱量，利用流量計(jì)和溫差傳感器測(cè)量冷卻水流入和流出熱承載部件時(shí)的流量和溫差計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)冷卻水所帶走的能量，從而得到熱承載部件能量沉積分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兆瓦級(jí)離子源能量沉積分布的測(cè)量方法，其特征在于:所述的冷卻水管道為不銹鋼管道并呈蛇管型分布于熱承載部件內(nèi)部，內(nèi)表面經(jīng)過鈍化處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兆瓦級(jí)離子源能量沉積分布的測(cè)量方法，其特征在于:所述的熱承載部件用純銅材料制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兆瓦級(jí)離子源能量沉積分布的測(cè)量方法，其特征在于:所述的溫差傳感器靠近熱承載部件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兆瓦級(jí)離子源能量沉積分布的測(cè)量方法，其特征在于:所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有多通道，匹配設(shè)置的多個(gè)熱承載部件。
【文檔編號(hào)】G01T1/29GK103823233SQ201410057301
【公開日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年2月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月19日
【發(fā)明者】劉勝, 胡純棟, 于 玲, 許永建 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院等離子體物理研究所