專利名稱:超聲氣體或團(tuán)簇注入器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種核聚變裝置的加料設(shè)備。
背景技術(shù)：
常規(guī)噴氣技術(shù)被普遍用于現(xiàn)有的核聚變實(shí)驗(yàn)裝置的等離子體加料，其技術(shù)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(shí)驗(yàn)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(shí)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(jié)構(gòu)限制了噴口形狀的改進(jìn)，使其不能在高氣壓狀況下運(yùn)行，通常使用的氣體壓力低于0.2MPa。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能克服常規(guī)核聚變實(shí)驗(yàn)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(tuán)簇注入器。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種超聲氣體或團(tuán)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(shè)有液氮冷阱，在液氮冷阱外設(shè)有磁屏蔽。
本發(fā)明所提供的超聲氣體或團(tuán)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(yùn)動(dòng)粒子趨于定向，并使定向速度比原熱運(yùn)動(dòng)速度提高2至3倍，形成超聲氣體或團(tuán)簇射流注入，增加了注入深度，加料粒子有可能進(jìn)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(dá)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(tuán)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(gè)量級(jí)。使用該射流注入器后的超聲氣體團(tuán)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(tuán)簇注入器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中，1.閥門傳熱螺栓 2.液氮輸入管 3.溫度計(jì)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(shí)施方式
如圖1所示，超聲氣體或團(tuán)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(hào)為Series99，也可選用結(jié)構(gòu)類似的其它型號(hào)或自行設(shè)計(jì)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(shè)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(nèi)。液氮冷阱7外設(shè)有磁屏蔽4，以免核聚變裝置(如托卡馬克)運(yùn)行時(shí)電磁場(chǎng)對(duì)閥門的干擾。
該超聲氣體或團(tuán)簇注入器設(shè)置在核聚變實(shí)驗(yàn)裝置的高壓氣源設(shè)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(huì)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(tuán)簇提高注入氣體的密度一倍以上。
采用超聲氣體或團(tuán)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(tuán)簇注入加料與常規(guī)噴氣加料效果之比較


權(quán)利要求
1.一種超聲氣體或團(tuán)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(shè)有液氮冷阱(7)，在液氮冷阱(7)外設(shè)有磁屏蔽(4)。
2.如權(quán)利要求
1所述的超聲氣體或團(tuán)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(quán)利要求
1或2所述的超聲氣體或團(tuán)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(shè)備，具體為一種超聲氣體或團(tuán)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(shè)有液氮冷阱，在液氮冷阱外設(shè)有磁屏蔽。該超聲氣體或團(tuán)簇注入器克服了常規(guī)核聚變實(shí)驗(yàn)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(hào)G21B1/15GKCN1941216SQ200510105647
公開日2007年4月4日 申請(qǐng)日期2005年9月29日
發(fā)明者姚良驊 申請(qǐng)人:核工業(yè)西南物理研究院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan