一种洛伦兹力驱动的高速等离子体注入装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种洛伦兹力驱动的高速等离子体注入装置，由圆筒状的外电极、中间电极和内电极同轴嵌套而成，包括螺线管、快速充气阀、等离子体击穿区域、成形区、加速区、压缩区和漂移管。本发明专利技术采用两级电容放电，能将更多的电能转化为等离子体的动能或用来压缩等离子体得到更高的密度。本发明专利技术产生的环形等离子体同时具有环向磁场和极向磁场，称为紧凑环等离子体，属于球马克的一种。该环形等离子体在预压缩区中可以驰豫到密度更高(～10

【技术实现步骤摘要】
一种洛伦兹力驱动的高速等离子体注入装置
本专利技术涉及电离气体注入装置的
，特别涉及一种洛伦兹力驱动的高速等离子体燃料注入装置。
技术介绍
环形磁约束等离子体实验装置(如托卡马克)的运行需要外界补充燃料，传统的燃料注入技术包括弹丸注入、超声分子束注入和补充送气等，它们对燃料粒子的注入速度通常为小于10km/s。由于托卡马克的温度很高达到千万度以上(1千电子伏)，上述技术注入的燃料粒子定向速度较低，在注入穿透过程中会很快消融，只能沉积到反应的边界区域。特别对于大型的托卡马克，如在建的国际热核聚变实验堆(ITER)以及筹备的中国聚变工程实验堆(CFETR)，它们的温度更高达到一亿度(10千电子伏)，纵向约束磁场强度更大，但是对燃料注入深度的要求却更高，因而上述几种注入技术在目前的注入速度下难以到达实验装置的芯部，无法实现加料要求。传统的等离子体枪技术利用电磁洛伦兹力来加速等离子体，但由于等离子体成形和加速过程只有一次放电加速，等离子体团出射速度较低。另外工作气体被击穿形成环形等离子体后会立刻被电磁力加速并喷射出去，导致等离子体的结构被本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种洛伦兹力驱动的高速等离子体注入装置，其特征在于：包括内电极支撑管(1)，加速场阴极法兰(2)，加速场阳极法兰(3)，第二绝缘体(4)，电缆线压块(5)，成形场阴极法兰(6)，成形场阳极法兰(7)，第一绝缘体(8)，绝缘套管(9)，真空泵接口(10)，不锈钢外壳(11)，快速充气阀(12)，中间电极筒(13)，螺线管(14)，螺线管支座(15)，成形区外壳(16)，中间电极端筒(17)，第三绝缘体(18)，预压缩区外壳(19)，预压缩区锥体(20)，固定杆(21)，磁探针窗口(22)，玻璃窗口(23)，加速区外壳(24)，加速区内筒(25)，压缩区外壳(26)，压缩区锥体(27)，盖帽(...

【技术特征摘要】
1.一种洛伦兹力驱动的高速等离子体注入装置，其特征在于：包括内电极支撑管(1)，加速场阴极法兰(2)，加速场阳极法兰(3)，第二绝缘体(4)，电缆线压块(5)，成形场阴极法兰(6)，成形场阳极法兰(7)，第一绝缘体(8)，绝缘套管(9)，真空泵接口(10)，不锈钢外壳(11)，快速充气阀(12)，中间电极筒(13)，螺线管(14)，螺线管支座(15)，成形区外壳(16)，中间电极端筒(17)，第三绝缘体(18)，预压缩区外壳(19)，预压缩区锥体(20)，固定杆(21)，磁探针窗口(22)，玻璃窗口(23)，加速区外壳(24)，加速区内筒(25)，压缩区外壳(26)，压缩区锥体(27)，盖帽(28)，漂移管(29)，支座(30)和支撑架(31)，其中，
不锈钢外壳(11)、成形区外壳(16)、预压缩区外壳(19)、加速区外壳(24)、压缩区外壳(26)和漂移管(29)之间通过法兰环固定和压紧，共同作为装置的外电极并接地；中间电极端筒(17)焊接在中间电极筒(13)的右端，共同作为装置的中间电极；预压缩区锥体(20)、加速区内筒(25)、压缩区锥体(27)和盖帽(28)相互嵌套，共同作为装置的内电极；不锈钢外壳(11)的左端焊接有环形的成形场阳极法兰(7)，中间电极筒(13)的左侧焊接有环形的成形场阴极法兰(6)，两个法兰压紧在环形的第一绝缘体(8)上并用对穿的16根长螺栓固定，使得中间电极与外电极保持同轴；16根长螺栓套在绝缘套管(9)内，螺栓的一端通过螺母与成形场阴极法兰(6)电接触，另一端因位于绝缘套管(9)的内部，与成形场阳极法兰(7)绝缘；内电极左侧的预压缩锥体(20)嵌套在内电极支撑管(1)右端的台阶柱上；固定杆(21)左端通过螺纹旋紧在内电极支撑管(1)的右端，固定杆(21)右端的圆柱压紧在压缩区锥体(27)上，使得相互嵌套的预压缩区锥体(20)、加速区内筒(25)和压缩区锥体(27)之间压紧，并使预压缩区锥体(20)压紧在内电极支撑管(1)右侧的台阶柱上；盖帽(28)旋紧在固定杆(21)右端圆柱的外螺纹上；内电极支撑管(1)的大部分是中空的，以减少重量；内电极支撑管(1)的左侧焊接有环形的加速场阴极法兰(2)，中间电极筒最左端还焊接有环形的加速场阳极法兰(3)，两个法兰压紧在环形的第二绝缘体(4)上并用螺栓固定；内电极支撑管(1)的右侧通过第三绝缘体(18)固定在中间电极端筒(17)内，使得内电极与中间电极同轴，从而外、中、内三个电极保持同轴；
不锈钢外壳(11)与中间电极筒(13)之间区域的右侧是击穿形成等离子体的区域；成形区外壳(16)与中间电极端筒(17)之间以及与预压缩区锥体(20)左侧的柱面之间的区域称为成形区；预压缩区外壳(19)与预压缩区锥体(20)的锥面之间的区域称为预压缩区；加速区外壳(24)与加速区内筒(25)之间的区域称为加速区；压缩区外壳(26)与压缩区锥体(27)、盖帽(28)之间的区域称为压缩区；为抑制等离子体成形、压缩和加速过程中的磁场扩散行为，外电极的成形区外壳(16)、预压缩区外壳(19)、加速区外壳(24)、压缩区外壳(26)以及内电极的预压缩区锥体(20)、加速区内筒(25)、压缩区锥体(27)的材料均为电阻率很小的无氧铜；而焊接在不锈钢中间电极筒(13)右端的中间电极端筒(17)的材料仍为不锈钢，但是中间电极端筒(17)的壁厚较厚(14mm)，以抑制紧凑环等离子体磁场的扩散；
成形场阳极法兰(7)和成形场阴极法兰(6)分别连接成形场电源的正负极；加速场阳极法兰(3)和加速场阴极法兰(2)分别连接加速场电源的正负极；4个法兰上都有沿环向均匀分布的16个接线槽，通过电缆线压块(5)分别压紧同轴电缆线的铜编织层和铜芯，来与电源连接；成形场阴极法兰(6)和加速场阳极法兰(5)都焊接在中间电极筒上(13)，因而加速场电源的正极与成形场电源的负极等电位；在放电的初始时刻，内电极相对于中间电极以及中间电极相对于外电极都是负电压；
在不锈钢外壳(11)的右侧沿环向均匀分布有8个快速进气阀(12)，这些气阀同时进气，使得放电击穿前，工作气体在快速...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晨，张森，兰涛，庄革，刘万东，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34