本发明专利技术公开了一种用于模拟边界局域模的放电电极，包括：电极水冷系统、电极连接系统、电极固定系统、电极调节系统。本发明专利技术针对聚变边界局域模在不同热负荷条件下对核聚变靶材的影响，设计了具有放电间隙可调节功能的放电电极结构，通过调节电极到样品的放电间隙，根据帕刑定律，实现不同电压等级的放电效果，进而达到不同热负荷的效果。而且，整个放电电极处于高温等离子体环境，电极内有设有循环冷却水结构，达到冷却电极的效果。达到冷却电极的效果。
【技术实现步骤摘要】
一种用于模拟边界局域模的放电电极
[0001]本专利技术涉及一种用于模拟边界局域模的放电电极，尤其涉及边界局域模发生过程中产生的瞬态热负荷对材料表面的损伤机制分析领域。
技术介绍
[0002]随着社会的快速发展，人类对能源的需求迅速增加，能源问题已经成为人们所关注的重中之重。聚变能作为一种清洁、高效的能源更具有发展潜力，首先，聚变反应的原料是氘和氚，氘大量存在于海水之中，原料丰富，用之不竭。同时，能量的转化率高且燃料价格低廉。而且，聚变反应的主要产物是氦，无放射性核素，对环境没有污染，因此具备安全，可靠，清洁等优点，很可能成为世界用来解决电力能源问题主要着手目标。核聚变能发电目前尚在实验研究过程中，托卡马克(Tokamak)是研究聚变能的主流装置。同时，磁约束核聚变也是目前最有希望将聚变能约束起来转换为其他能量的途径。在托卡马克中，达到聚变点火的条件需要给等离子体加热到一定温度，最早利用欧姆加热无法达到点火条件，于是，就采用了许多辅助加热手段，包括，中性束注入(Neutral Beam Injection，NBI) ，离子回旋共振加热(Ion Cyclotron Resonance Heating，ICRH)等加热方式。但是在这种辅助加热模式下会爆发边界局域模(ELM)——随着能量的不断注入，核心区的能量和粒子不断进入台基区，但是却无法输运离开分离面。这导致台基区的梯度越来越大，并最终发生爆发式的坍塌，形成边界局域模。
[0003]边界局域模的存在，是为了排除腔体芯部的杂质氦灰。同时，许多高能粒子被释放，这些高能离子的主要去向是第一壁和偏滤器靶材，这就会对壁材料造成损伤。这些损伤主要是由于沉积到靶材表面热负荷，以及离子注入造成的。热负荷会导致材料表变发生融蚀，断裂而失效的风险。离子的注入，会在材料内部产生新的缺陷，降低了材料的性能。在边界局域模(ELMs)发生过程中，等离子体负载对偏滤器目标的破坏是核聚变工程中的关键问题，因为它们降低了偏滤器目标的使用寿命。在ITER预计的情况下，ELMs期间偏滤器目标上的等离子体热负荷0.2
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2.5MJ/m2，其持续时间约为0.1
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1.5ms。而且，在不同的热负荷下，对核聚变靶材会带来不同的损伤，包括融蚀、液滴溅射、断裂等影响。目前，针对模拟边界局域模所使用都是大型的实验设备包括稳态等离子体加速器(QSPA) 和等离子体枪，这样就会导致成本高，而且功率转化效率较低。同时设备的可控性差，在模拟边界局域模实验的过程中会带来其他组件成分的干扰，也无法精准的实现在某一数值下的热负荷。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于一种用于模拟边界局域模的放电电极，可调放电间隙的电极结构，满足不同等级下(0.2
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2.5MJ/m2变化范围内)的热负荷，模拟聚变边界局域模在等离子体环境下的瞬态过程。
[0005]为实现上述专利技术目的，本专利技术所采用的技术方案是：
[0006]一种用于模拟边界局域模的放电电极，包括：电极水冷系统、电极连接系统、电极
固定系统、电极调节系统，
[0007]所述的电极水冷系统包括空心聚四氟出水管、空心不锈钢进水管，所述的空心聚四氟出水管垂直于竖直摆放的空心不锈钢进水管；
[0008]所述的电极连接系统包括空心钨管、地电极引出线、钨棒螺柱、负高压脉冲引出线，所述的地电极引出线固定在空心钨管的外侧，所述的负高压脉冲引出线固定在钨棒螺柱的外侧，所述的空心钨管位于钨棒螺柱的上方；
[0009]所述的电极固定系统包括聚四氟卡座、空心聚四氟帽、样品固定氮化硼陶瓷，所述的聚四氟卡座套接于空心钨管的外部，所述的聚四氟卡座位于空心聚四氟帽的下方，所述的空心聚四氟帽与聚四氟卡座固定连接，所述聚四氟卡座位于样品固定氮化硼陶瓷的上方，所述的样品固定氮化硼陶瓷与钨棒螺柱螺纹连接，所述的样品固定氮化硼陶瓷与位于样品固定氮化硼陶瓷下方的多孔栅极板固定连接；
[0010]所述的空心不锈钢进水管的外部套接有空心钨管，所述空心钨管通过空心聚四氟帽与空心聚四氟出水管相连，所述空心不锈钢进水管、空心钨管、空心聚四氟出水管之间通过空心聚四氟帽紧固；所述的空心不锈钢进水管穿过空心聚四氟帽的内部，使空心不锈钢进水管一端位于空心聚四氟帽的外部，另一端伸进空心钨管的底部；
[0011]所述的电极调节系统包括不锈钢螺柱、地电极固定法兰，所述的不锈钢螺柱位于空心钨管的外部，所述的地电极固定法兰套接于空心钨管的外侧，所述的不锈钢螺柱的上端与聚四氟卡座固定连接，所述的不锈钢螺柱的下端与地电极固定法兰螺纹连接，通过调节不锈钢长螺柱与地电极固定法兰的螺纹结构(螺纹连接位置)，用于调节空心钨管与钨样品的距离。
[0012]进一步的，所述的空心不锈钢进水管内部通有冷却水。
[0013]进一步的，所述的负高压引出线连接外部负高压脉冲源，所述的地电极引出线连接外部的地线。
[0014]进一步的，所述的氮化硼陶瓷螺帽的中心是圆形的通孔结构，控制空心钨管对钨样品的放电面积。
[0015]进一步的，所述的空心钨管的底端是封闭的半圆形结构。
[0016]进一步的，所述的聚四氟卡座的中心位置是通孔结构，通过通孔套接于空心钨管的外侧。
[0017]进一步的，所述的地电极固定法兰包括聚四氟空心螺帽和聚四氟空心底座，所述的聚四氟空心螺帽位于聚四氟空心底座的上方，所述的聚四氟空心螺帽与聚四氟空心底座通过螺纹连接。
[0018]进一步的，所述的样品固定氮化硼陶瓷包括氮化硼陶瓷内外牙螺母和氮化硼陶瓷螺帽，所述的氮化硼陶瓷螺帽位于氮化硼陶瓷内外牙螺母的上方，所述的钨棒螺柱位于氮化硼陶瓷内外牙螺母的下方，所述氮化硼陶瓷内外牙螺母分别与氮化硼陶瓷螺帽、钨棒螺柱螺纹连接；所述氮化硼陶瓷内外牙螺母放置有样品，氮化硼陶瓷内外牙螺母与氮化硼陶瓷螺帽通过螺纹将样品紧固。
[0019]进一步的，所述的氮化硼陶瓷内外牙螺母的外螺纹与氮化硼陶瓷螺帽的内螺纹连接，所述的氮化硼陶瓷内外牙螺母的内螺纹与钨棒螺柱的外螺纹连接。
[0020]进一步的，所述的样品固定氮化硼陶瓷的氮化硼陶瓷内外牙螺母通过钨棒螺柱的
外螺纹紧固，并通过下方的多孔栅极板固定连接。
[0021]进一步的，所述的空心聚四氟出水管与空心聚四氟帽通过螺纹紧固，所述的空心不锈钢进水管深入空心钨管的底部。
[0022]进一步的，所述的聚四氟空心螺帽内部由三个半径大小不同的空心圆柱组成的通孔结构，从上到下半径依次增大，最上端的空心圆柱与空心不锈钢进水管连接，最下端的空心圆柱与空心钨管连接，中间的空心圆柱与空心聚四氟出水管连接；最上端的空心圆柱的孔径与空心不锈钢进水管的外径相等，最下端的空心圆柱的孔径与空心钨管的外径相等，中间的空心圆柱通过含有内螺纹的通孔结构连接到聚四氟空心螺帽的外侧。
[0023]本专利技术的有益效果：
[0024]利用本专利技术可以模拟聚变边界局域模的瞬态过程，通过改变电极间距可以实现在不同热负荷下对聚本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于模拟边界局域模的放电电极，其特征在于，包括：电极水冷系统(1)、电极连接系统(2)、电极固定系统(3)、电极调节系统(4)，所述的电极水冷系统(1)包括空心聚四氟出水管(11)、空心不锈钢进水管(12)，所述的空心聚四氟出水管(11)垂直于竖直摆放的空心不锈钢进水管(12)；所述的电极连接系统(2)包括空心钨管(21)、地电极引出线(22)、钨棒螺柱(23)、负高压脉冲引出线(24)，所述的地电极引出线(22)固定在空心钨管(21)的外侧，所述的负高压脉冲引出线(24)固定在钨棒螺柱(23)的外侧，所述的空心钨管(21)位于钨棒螺柱(23)的上方；所述的电极固定系统(3)包括聚四氟卡座(31)、空心聚四氟帽(32)、样品固定氮化硼陶瓷(33)，所述的聚四氟卡座(31)套接于空心钨管(21)的外部，所述的聚四氟卡座(31)位于空心聚四氟帽(32)的下方，所述的空心聚四氟帽(32)与聚四氟卡座(31)固定连接，所述聚四氟卡座(31)位于样品固定氮化硼陶瓷(33)的上方，所述的样品固定氮化硼陶瓷(33)与钨棒螺柱(23)螺纹连接，所述的样品固定氮化硼陶瓷(33)与多孔栅极板(5)固定连接；所述的空心不锈钢进水管(12)的外部套接有空心钨管(21)，所述空心钨管(21)通过空心聚四氟帽(32)与空心聚四氟出水管(11)相连，所述空心不锈钢进水管(12)、空心钨管(21)、空心聚四氟出水管(11)之间通过空心聚四氟帽(32)紧固；所述的空心不锈钢进水管(12)穿过空心聚四氟帽(32)的内部，使空心不锈钢进水管(12)的一端位于空心聚四氟帽(32)的外部，另一端伸进空心钨管(21)的底部；所述的电极调节系统(4)包括不锈钢螺柱(41)、地电极固定法兰(42)，所述的不锈钢螺柱(41)位于空心钨管(21)的外部，所述的地电极固定法兰(42)套接于空心钨管(21)的外侧，所述的不锈钢螺柱(41)的上端与聚四氟卡座(31)固定连接，所述的不锈钢螺柱(41)的下端与地电极固定法兰(42)螺纹连接，通过调节不锈钢长螺柱(41)与地电极固定法兰(42)的螺纹结构，用于调节空心钨管(21)与样品(6)的距离。2.根据权利要求1所述的用于模拟边界局域模的放电电极，...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘东平，赵旭，商克峰，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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