一种多台阶静电探针探头制造技术

本实用新型专利技术公开了一种多台阶静电探针探头，包括石墨护套，其端部设置有径向高度呈逐渐降低的径向第一台阶面、径向第二台阶面和径向第三台阶面；径向第一台阶面设置有一个悬浮电位探针，径向第二台阶面设置有两个双探针和两个悬浮电位探针，径向第三台阶面设置有一个悬浮电位探针和两个马赫探针；径向第二台阶面上的其中两个悬浮电位探针具有相同的环向位置，另一个悬浮电位探针与两个马赫探针具有相同的极向位置，径向第一台阶面上的悬浮电位探针与径向第三台阶面的悬浮电位探针具有相同的极向位置。本实用新型专利技术所述多台阶静电探针多台阶静电探针，能同时测量径向电场中的三项和湍流内能的径向通量或者湍流动能的径向通量。湍流内能的径向通量或者湍流动能的径向通量。湍流内能的径向通量或者湍流动能的径向通量。

【技术实现步骤摘要】
一种多台阶静电探针探头


[0001]本技术涉及静电探针
，具体涉及一种多台阶静电探针探头。

技术介绍

[0002]磁约束核聚变装置的稳态高约束运行必须优化刮削层的能量耗散，这是当前国际上最热的关键物理和工程问题。刮削层的能量耗散强弱可以用刮削层宽度来衡量。根据当今世界上多个托卡马克装置的实验数据得到的刮削层宽度定标率的预测，国际热核实验聚变堆(ITER)的能量衰减长度为1mm。因此优化刮削层的能量耗散是一个亟待解决的重要问题，对于延长磁约束核聚变装置的偏滤器靶板的使用寿命至关重要。
[0003]从物理的角度出发，刮削层的湍流来源于边缘区，边缘区湍流导致的反常径向输运直接影响刮削层热流和粒子流的分布。因此边缘区湍流及其输运影响能量衰减长度是一个非常重要的研究课题。因此，测量边缘区湍流及其输运以及刮削层宽度的测量非常重要。
[0004]边缘区的湍流及其输运与径向电场及其剪切互相影响。强径向电场及其剪切可以在很大程度上抑制边缘湍流及其输运，弱径向电场及其剪切对湍流的影响较小；强湍流及输运也会减弱径向电场及其剪切。因此对于径向电场的测量非常重要。根据力平衡方程，径向电场即径向电场由压强梯度项极向流项(
‑
V
θ
B
φ
)以及环向流(V
φ
B
θ
)三项组成。研究这三项中哪一项对径向电场占主导作用对于湍流输运研究，才能知道对应的影响刮削层宽度的方法，所以同时测量径向电场这三项的大小和演化趋势非常重要。径向电场可以调制边缘湍流进而影响刮削层宽度，也就是说径向电场是用来控制边缘湍流和刮削层宽度的强有力的工具，径向电场的测量非常重要！
[0005]最新研究结果表明，湍流传播是边缘湍流拓宽刮削层宽度的物理机制，这个结果非常重要，有利于理解和控制等离子体边界区域的能量耗散以及偏滤器靶板上的热负荷。湍流传播是湍流能量通过非线性作用在空间上的传播，可以量化为湍流内能的径向通量或者湍流动能的径向通量湍流内能的径向通量已经得到了研究，发现该参数与刮削层宽度是正相关的。但是湍流动能的径向通量与刮削层宽度之间的关系尚未得到研究，而这是深度研究湍流传播影响刮削层宽度的一个重要部分，因此，本专利技术中的静电探头的目的之一就是测量湍流动能的径向通量。
[0006]目前对于边缘湍流及其输运和刮削层宽度的测量主要是采用朗缪尔静电探针，主要的测量方式包括单探针和双探针对两种基本探针：
[0007]1.单探针测量悬浮电位：
[0008]探针悬浮于等离子体中，其对地电位为悬浮电位V
f
。
[0009]2.双探针对：
[0010]两个静电探针放置于等离子体中，根据探针测量原理，在两探针之间加上恒定偏压，分别测量两探针的对地电压分别为V
+
和V，即可得到等离子体离子饱和流I
s
。
[0011]3.马赫探针对：
[0012]两个托卡马克环向的探针，加上足够大的负偏压使得探针电流饱和，分别测量只面向上游和下游的离子饱和流I
si上游
和I
si下游
，两者的比值可以用来计算环向马赫数，进而计算环向等离子旋转速度。
[0013]将悬浮电位探针和双探针结合成三探针，还可以测量等离子体密度和温度以及电位如下：电子温度：T
e
＝(V
+
‑
V
f
)/ln2；密度n
e
＝I
s
/(0.5eA
eff
C
s
)；等离子体电位V
p
＝V
f
+2.8T
e
，其中，e为元电荷，Aeff为探针有效测量面积，为离子声速，进而可以计算径向电场利用两个悬浮电位探针和双探针的组成四探针还可以测量不同的等离子体参数，例如热通量(q＝7
×
I
s
×
T
e
)以及刮削层宽度极向电场(E
θ
)、径向速度扰动径向扰动粒子通量的径向剖面以及湍流极向结构参数。
[0014]目前主要是利用多台阶探针测量边缘湍流及其输运，在假定等离子体处于平衡状态下利用快速往返的探针系统来得到径向分布，进而计算刮削层宽度，从而实现同时测量边缘湍流及其输运和刮削层宽度的目标。但是多台阶探针存在一些问题，第一是多台阶探针的体积大，对等离子体的影响也比较大；第二是多台阶探针的针头数量较多，一般在12个针头以上，各个针头之间的遮挡也多，较多针头在数据传输过程中也可能出现互相干扰的情况。

技术实现思路

[0015]本技术的目的在于提供一种多台阶静电探针探头，既能够测量常见三探针和四探针能测量的物理量，还能同时测量径向电场中的三项和湍流内能的径向通量以及湍流动能的径向通量，且具有整体尺寸小和针头数量少的优点。
[0016]本技术通过下述技术方案实现：
[0017]一种多台阶静电探针探头，包括石墨护套，所述石墨护套的端部设置有径向第一台阶面、径向第二台阶面和径向第三台阶面，所述径向第一台阶面、径向第二台阶面和径向第三台阶面在径向上的高度呈逐渐降低的趋势；
[0018]所述径向第一台阶面上设置有第一悬浮电位探针；所述径向第二台阶面上设置有第一双探针、第二双探针、第二悬浮电位探针和第三悬浮电位探针，所述径向第三台阶面上设置有第四悬浮电位探针、第一马赫探针和第二马赫探针；
[0019]其中，所述第三悬浮电位探针、第一马赫探针和第二马赫探针呈环向布置且具有相同的极向位置，所述第三悬浮电位探针位于第一马赫探针和第二马赫探针之间；所述第一悬浮电位探针和第四悬浮电位探针呈环向布置且具有相同的极向位置；所述第二悬浮电位探针和第三悬浮电位探针呈极向布置且具有相同的环向位置。
[0020]本技术所述环向具体是指第三悬浮电位探针、第一马赫探针和第二马赫探针所在直线方向，所述极向具体是指第二悬浮电位探针和第三悬浮电位探针所在直线方向，所述径向具体是指径向第一台阶面或径向第二台阶面或径向第三台阶面的高度方向。
[0021]本技术的构思在于：
[0022]通过在径向第二台阶面上布置双探针对(第一双探针、第二双探针)用于测量离子饱和流；通过在径向第二台阶面上布置两个呈极向布置具有相同的环向位置的悬浮电位探
(第二悬浮电位探针和第三悬浮电位探针)，用于测量极向电场和径向扰动速度以及湍流的极向结构；通过径向第二台阶面上的四探针(第一双探针、第二双探针、第二悬浮电位探针和第三悬浮电位探针)，可以测量等离子体密度和温度、压强和压强梯度以及湍流输运的粒子通量和极向结构，也可以计算热通量和能量衰减长度、等离子体空间电位和径向电场以及极向流以及湍流内能的径向通量；通过在径向第三台阶面上布置两个呈环向布置且具有相同的极向位置的马赫探针(第一马赫探针和第二马赫探针)，可以用于测量环向等离子体旋转速本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多台阶静电探针探头，包括石墨护套(9)，其特征在于，所述石墨护套(9)的端部设置有径向第一台阶面、径向第二台阶面和径向第三台阶面，所述径向第一台阶面、径向第二台阶面和径向第三台阶面在径向上的高度呈逐渐降低的趋势；所述径向第一台阶面上设置有第一悬浮电位探针(1)；所述径向第二台阶面上设置有第一双探针(2)、第二双探针(3)、第二悬浮电位探针(4)和第三悬浮电位探针(5)，所述径向第三台阶面上设置有第四悬浮电位探针(6)、第一马赫探针(7)和第二马赫探针(8)；其中，所述第三悬浮电位探针(5)、第一马赫探针(7)和第二马赫探针(8)呈环向布置且具有相同的极向位置，所述第三悬浮电位探针(5)位于第一马赫探针(7)和第二马赫探针(8)之间；所述第一悬浮电位探针(1)和第四悬浮电位探针(6)呈环向布置且具有相同的极向位置；所述第二悬浮电位探针(4)和第三悬浮电位探针(5)呈极向布置且具有相同的环向位置。2.根据权利要求1所述的一种多台阶静电探针探头，其特征在于，所述第四悬浮电位探针(6)的顶部比径向第三台阶面高一个针头。3.根据权利要求1所述的一种多台阶静电探针探头，其特征在于，所述第一马赫探针(7)和第二马赫探针(8)的顶部与径向第二台阶面齐平。4.根据权利要求1所述的一种多台阶静电探针探头，其特征在于，所述第一双探针(2)、第二双探针(3)、第二悬浮电位探针(4)和第三悬浮电位探针(5)的顶部比径向第二台阶面高一个针头。5.根据权利要求1所述的一种多台阶静电探针探...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴婷，柯锐，聂林，许敏，
申请(专利权)人：核工业西南物理研究院，
类型：新型
国别省市：