一种用于中性束注入器束流反馈控制装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种用于中性束注入器束流反馈控制装置及其控制方法，包括主真空室、偏转磁体、中性化室、离子吞食器、低温系统、辅助真空系统、水冷循环系统、进气系统、束线支撑机构、离子源、电源系统、漂流管道、远程控制系统、束流传感器、束流闭环控制系统，偏转磁体、中性化室和离子吞食器均安装于主真空室内部，漂流管道安装于主真空室一侧表面，中性化室设置于偏转磁体一侧表面，中性化室一侧表面设有引出孔，引出孔的位置与离子源的位置相适应，进气系统的一端与离子源的一端连接。本发明专利技术将引出束流作为反馈量，离子源的弧电源作为控制量，通过改进后的闭环控制算法，逐步提高弧电源的功率设定值，进而提高弧流，实现引出束流的稳定控制。定控制。定控制。

【技术实现步骤摘要】
一种用于中性束注入器束流反馈控制装置及其控制方法


[0001]本专利技术属于中性束注入
，特别是涉及一种用于中性束注入器束流反馈控制装置及其控制方法。

技术介绍

[0002]中性束注入作为加热机理最清晰，加热效果最高的辅助加热手段之一，被广泛应用于核聚变实验装置的等离子体加热和电流驱动。随着磁约束核聚变研究的不断深入，中性束注入系统向着高能量、高功率、稳态运行不断发展。离子源作为中性束注入装置的核心部件，其运行状态直接决定了装置的性能。目前维持等离子体密度的方法主要有两种：探针反馈和弧功率反馈。中性束注入器在长脉宽运行过程中，探针由于热负荷较大，会造成收集到的饱和离子流变小，进而造成探针的反馈信号降低，导致引出的束流减小。弧功率反馈只用来维持起弧功率的稳定，即弧压乘以弧流为恒定值，弧功率调节的弊端在于不能维持弧流的稳定输出，当弧功率下降，控制系统可能只提高弧压来维持弧功率的稳定，此时的弧流并不发生变化，因此，目前用于弧功率调节的两种方法均不能实现引出束流的稳定输出。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种用于中性束注入器束流反馈控制装置及其控制方法，可以有效解决
技术介绍
中中性束注入器在长脉宽运行过程中，由于弧效率、探针过热等诸多原因极易在成引出束流下降，导致离子源工作在最佳运行窗口之外，极易发生离子源打火，影响系统的高功率长脉宽运行等问题。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0005]本专利技术提供一种用于中性束注入器束流反馈控制装置，包括主真空室、偏转磁体、中性化室、离子吞食器、低温系统、辅助真空系统、水冷循环系统、进气系统、束线支撑机构、离子源、电源系统、漂流管道、远程控制系统、束流传感器、束流闭环控制系统、隔离传输系统以及弧电控制系统，偏转磁体、中性化室和离子吞食器均安装于主真空室内部，漂流管道安装于主真空室一侧表面，中性化室设置于偏转磁体一侧表面，中性化室一侧表面设有引出孔，引出孔的位置与离子源的位置相适应，进气系统的一端与离子源的一端连接，离子吞食器的位置与偏转磁体的位置相适应，辅助真空系统安装于主真空室一侧表面，低温系统一端与主真空室一侧表面连接，水冷循环系统与主真空室进行热交换，束线支撑机构安装于主真空室下表面，电源系统与低温系统、辅助真空系统和水冷循环系统提供电能，远程控制系统分别与低温系统、辅助真空系统和水冷循环系统电性连接，束流传感器与束流闭环控制系统电性连接，束流闭环控制系统与隔离传输系统通过线缆连接，弧电控制系统与隔离传输系统采用光纤通讯。
[0006]进一步地，偏转磁体作用于带电离子，使得带电离子被偏转从而被离子吞食器进行吞食。
[0007]进一步地，漂流管道设有连接口，可与外界设备进行连接。
[0008]进一步地，离子源设有多级加速极，通过加速极方便离子引出。
[0009]进一步地，隔离传输系统可防止射频电磁场的干扰。
[0010]进一步地，所述束线支撑机构安装于主真空室下表面。
[0011]本专利技术还提供一种用于中性束注入器束流反馈控制方法，包括以下步骤：
[0012]步骤一：通过远程控制系统和电源系统使得气体在等离子体发生器中放电形成一团等离子体，等离子体经过加速电场作用，形成高能离子流，高能离子与中性化室内气体发生碰撞，使得部分粒子实现中性化，被中性化的带电粒子经过偏转磁体作用，使得带电粒子运动轨迹发生偏转，从而在离子吞食器中被吸收，高能中性粒子经漂流管道引导进入外界设备中，通过中性粒子与外界等离子体发生碰撞和电荷交换，将自身的能量转移至外界设备的等离子体中，进而完成整个加热过程；
[0013]步骤二：在长时间持续加热过程中，引出束流的引出量会逐渐减少，引出束流减少使得离子源工作在最佳区间之外，束流传感器检测电流变化，配合束流闭环控制系统和隔离传输系统实时传输数据到弧电源控制系统，束流闭环控制系统将束流信号的实时采集值与目标量带入改进后的闭环控制算法，得出弧电源功率的设定值，从而反馈到弧电源控制系统逐步提高弧电源的功率设定值，进而提高弧流，实现引出束流的稳定控制。
[0014]本专利技术具有以下有益效果：
[0015]本专利技术将引出束流作为反馈量，离子源的弧电源作为控制量，通过改进后的闭环控制算法，逐步提高弧电源的功率设定值，进而提高弧流，实现引出束流的稳定控制，设计完成了NBI束流控制的闭环反馈控制算法，实现稳定长脉宽束流反馈控制，进而实现NBI对EAST等离子体的稳定加热；同时远程端可以对设备进行远程调节，增加了实验的安全性，减少了重复性劳动。本专利技术为中国的核聚变装置全超导托卡马克(EAST)实现百秒量级的加热，为核聚变过程中的工程和物理研究提供有力的技术支撑，同时为聚变堆商业化目标的积累工程经验。
[0016]当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1为本专利技术的一种用于中性束注入器束流反馈控制装置的结构示意图；
[0019]图2为本专利技术的一种用于中性束注入器束流反馈控制方法束流反馈流程图。
[0020]附图中，各标号所代表的部件列表如下：
[0021]1、主真空室；2、偏转磁体；3、中性化室；4、离子吞食器；5、低温系统；6、辅助真空系统；7、水冷循环系统；8、进气系统；9、束线支撑机构；10、离子源；11、电源系统；12、漂流管道；13、远程控制系统。
具体实施方式
[0022]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0023]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“中”、“外”、“内”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0024]实施例一：
[0025]如图1所示，本专利技术的一种用于中性束注入器束流反馈控制装置，包括主真空室1、偏转磁体2、中性化室3、离子吞食器4、低温系统5、辅助真空系统6、水冷循环系统7、进气系统8、束线支撑机构9、离子源10、电源系统11、漂流管道12、远程控制系统13、束流传感器、束流闭环控制系统、隔离传输系统以及弧电控制系统。所述偏转磁体2、中性化室3和离子吞食器4均安装于主真空室1内部，漂流管道12安装于主真空室1一侧表面，中性化室3设置于偏转磁体2一侧表面，中性化室3一侧表面设有引出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于中性束注入器束流反馈控制装置，其特征在于：包括主真空室(1)、偏转磁体(2)、中性化室(3)、离子吞食器(4)、低温系统(5)、辅助真空系统(6)、水冷循环系统(7)、进气系统(8)、束线支撑机构(9)、离子源(10)、电源系统(11)、漂流管道(12)、远程控制系统(13)、束流传感器、束流闭环控制系统、隔离传输系统以及弧电控制系统；其中，所述偏转磁体(2)、中性化室(3)和离子吞食器(4)均安装于所述主真空室(1)内部，所述漂流管道(12)安装于所述主真空室(1)一侧表面，所述中性化室(3)设置于偏转磁体(2)一侧表面，所述中性化室(3)一侧表面设有引出孔，所述引出孔的位置与离子源(10)的位置相适应，所述进气系统(8)的一端与离子源(10)的一端连接，所述离子吞食器(4)的位置与偏转磁体(2)的位置相适应，所述辅助真空系统(6)安装于主真空室(1)一侧表面，所述低温系统(5)一端与主真空室(1)一侧表面连接，所述水冷循环系统(7)与主真空室(1)进行热交换，所述束线支撑机构(9)安装于主真空室(1)下表面，所述电源系统(11)为所述低温系统(5)、辅助真空系统(6)和水冷循环系统(7)提供电能，所述远程控制系统(13)分别与低温系统(5)、辅助真空系统(6)和水冷循环系统(7)电性连接，所述束流传感器与束流闭环控制系统电性连接，所述束流闭环控制系统与隔离传输系统通过线缆连接，所述弧电控制系统与隔离传输系统采用光纤通讯。2.根据权利要求1所述的一种用于中性束注入器束流反馈控制装置，其特征在于：所述偏转磁体(2)作用于带电离子，使得带电离子被偏转从而被离子吞食器(4)进行吞食。3.根据权利要求1所述的一种用于中性束注入器束...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟，崔庆龙，赵远哲，谢亚红，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：