一种等离子约束用超导磁体及测试装置制造方法及图纸

本申请公开了一种等离子约束用超导磁体及测试装置，超导磁体包括超导线圈、冷却介质槽和冷屏，超导线圈的两端与超导电源连接，冷屏外部还具有异常泄能电路和失超泄能电路，当超导磁体发生异常时，异常泄能电路接通，当超导磁体发生失超时，失超泄能电路接通。本申请在超导线圈的两端并联了异常泄能电路和失超泄能电路，两个电路中均具有电阻，当超导磁体发生异常或失超时，超导线圈中的能量一部分将通过电阻快速释放到常温环境中，大大降低了冷却介质槽的冷却压力，不但提高了超导线圈的安全性，而且缩短了冷却介质槽的冷却时间。而且缩短了冷却介质槽的冷却时间。而且缩短了冷却介质槽的冷却时间。

【技术实现步骤摘要】
一种等离子约束用超导磁体及测试装置


[0001]本申请涉及超导
，特别涉及一种等离子约束用超导磁体及测试装置。

技术介绍

[0002]核聚变研究是当今世界科技界为解决人类未来能源问题而开展的重大国际合作计划。与不可再生能源和常规清洁能源不同，聚变能具有资源无限，不污染环境，不产生高放射性核废料等优点，是人类未来能源的主导形式之一，也是目前认识到的可以最终解决人类社会能源问题和环境问题、推动人类社会可持续发展的重要途径之一。“国际热核聚变实验堆(ITER)计划”是目前全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一。ITER装置是一个能产生大规模核聚变反应的超导托卡马克，俗称“人造太阳”。ITER计划是实现聚变能商业化必不可少的一步，其目标是验证和平利用聚变能的科学和技术可行性。
[0003]偏滤器(Divertor)是磁约束核聚变翻译室内部的核心部件，其是环形聚变装置(例如：托卡马克)的组成部分，这种装置是用来把放电的外壳层内的带电粒子偏滤到一个单独的室内，在此带电粒子轰击挡板，变为中性粒子被抽走。用这种方法能避免外壳层内的带电粒子轰击主放电室壁，从而避免了主放电室壁释放出能够冷却放电的次级粒子。因此，研究其在等离子体作用下的相关性能，是成功设计及制造商业化偏滤器的关键。由于研究偏滤器在等离子环境下的材料服役性能需要搭建大型实验平台，以模拟真实核聚变环境下的等离子体相关参数。然而，实验平台的核心部件—大型超导强磁体装置，在发生异常或失超时，超导线圈的能量会转换为热量，并缓慢的排出到常温环境，导致超导磁体装置需要长时间的退电停机和再次冷却，不但存在着超导线圈烧毁的风险，而且时间成本、特别是经济成本较大，不利于超导磁体装置的使用和推广。

技术实现思路

[0004]本申请实施例提供了一种等离子约束用超导磁体及测试装置，用以解决现有技术中超导磁体装置在发生异常或失超后，超导线圈产生的热量导致超导磁体需要长时间的退电停机和再次冷却的问题。
[0005]一方面，本申请实施例提供了一种等离子约束用超导磁体，包括：
[0006]超导线圈；
[0007]冷却介质槽，内部填充有冷却介质，超导线圈设置在冷却介质槽内部；
[0008]冷屏，冷却介质槽设置在冷屏内部；
[0009]超导线圈的两端分别通过电流引线与超导电源电连接，超导电源位于冷屏外部；冷屏外部还具有异常泄能电路和失超泄能电路，异常泄能电路和失超泄能电路分别与超导电源并联，异常泄能电路包括依次串联的异常泄能电阻、异常泄能二极管和异常泄能断路器，失超泄能电路包括依次串联的失超泄能电阻、失超泄能二极管和失超泄能断路器，当超导磁体发生异常时，异常泄能断路器闭合，当超导磁体发生失超时，失超泄能断路器闭合。
[0010]另一方面，本申请实施例提供了一种等离子约束用测试装置，包括离子源、测试样
品以及上述的一种等离子约束用超导磁体，离子源正对测试样品设置，离子源和测试样品沿超导磁体的轴向设置在超导磁体的内部。
[0011]本申请中的一种等离子约束用超导磁体及测试装置，具有以下优点：
[0012]1、提出了可实现异常泄能、主、被动双重失超保护及泄能的磁体保护方案，既保证系统运行的可行性、可靠性，避免磁体在失超后只采用主动保护、失超探测不及时或者甚至失效时引起的超导线圈内部产生高压导致损坏磁体，又避免由于磁体储能太大失超后冷体部分会出现温度回升过高，从而导致超导线圈再次降温冷却时间、经济成本高等实际工程问题。
[0013]2、可以为核聚变研究中涉及的偏滤器等材料实验，需要在等离子体环境作用下进行性能测试研究的相关材料或者器件，提供一种空间大、磁场强度高的超导磁体装备方案。
附图说明
[0014]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中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申请的一些实施例，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。
[0015]图1为本申请实施例提供的一种等离子约束用超导磁体的内部结构示意图；
[0016]图2为本申请实施例提供的冷屏的结构示意图；
[0017]图3为本申请实施例提供的超导磁体整体电路示意图；
[0018]图4为本申请实施例提供的超导磁体正常运行时的供电状态示意图；
[0019]图5为本申请实施例提供的超导磁体的供电流程示意图；
[0020]图6为现有技术中超导磁体的电路示意图；
[0021]图7为现有技术中超导磁体的失超保护流程示意图；
[0022]图8为本申请实施例提供的用于异常泄能的电路示意图；
[0023]图9为本申请实施例提供的异常泄能的流程示意图；
[0024]图10为本申请实施例提供的用于失超保护的电路示意图；
[0025]图11为本申请实施例提供的失超保护流程示意图；
[0026]图12为本申请实施例提供的磁体无泄能与有泄能方案失超后最终的冷体最高温度对比示意图；
[0027]图13为本申请实施例提供的一种等离子约束用测试装置的结构示意图；
[0028]图14为本申请实施例提供的超导磁体内部超导线圈及磁场约束下的等离子体的运动轨迹示意图。
[0029]附图标记说明：1
‑
超导磁体，2
‑
离子源，3
‑
测试样品。101
‑
制冷机，102
‑
超导线圈，103
‑
骨架，104
‑
冷却介质槽，105
‑
冷屏，105
‑
A
‑
凸起结构，106
‑
真空杜瓦内筒体，107
‑
电流引线，108
‑
轴向吊装杆，109
‑
径向吊装杆，110
‑
支撑底座，111
‑
超导电源，112
‑
供电断路器，113
‑
失超探测器，114
‑
保护二极管，115
‑
异常泄能二极管，116
‑
异常泄能断路器，117
‑
异常泄能电阻，118
‑
失超泄能断路器，119
‑
失超泄能电阻，120
‑
失超泄能二极管。
具体实施方式
[0030]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0031]现有技术中，用于等离子约束的超导磁体在发生异常或失超时，超导线圈的能量会转换为热量，并缓慢的排出到本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种等离子约束用超导磁体，其特征在于，包括：超导线圈(102)；冷却介质槽(104)，内部填充有冷却介质，所述超导线圈(102)设置在所述冷却介质槽(104)内部；冷屏(105)，所述冷却介质槽(104)设置在所述冷屏(105)内部；所述超导线圈(102)的两端分别通过电流引线(107)与超导电源(111)电连接，所述超导电源(111)位于所述冷屏(105)外部；所述冷屏(105)外部还具有异常泄能电路和失超泄能电路，所述异常泄能电路和失超泄能电路分别与所述超导电源(111)并联，所述异常泄能电路包括依次串联的异常泄能电阻(117)、异常泄能二极管(115)和异常泄能断路器(116)，所述失超泄能电路包括依次串联的失超泄能电阻(119)、失超泄能二极管(120)和失超泄能断路器(118)，当所述超导磁体发生异常时，所述异常泄能断路器(116)闭合，当所述超导磁体发生失超时，所述失超泄能断路器(118)闭合。2.根据权利要求1所述的一种等离子约束用超导磁体，其特征在于，所述超导线圈(102)的两端还并联有失超探测器(113)，所述失超探测器(113)用于检测所述超导线圈(102)两端的电压，并根据电压的变化情况确定所述超导线圈(102)是否发生失超。3.根据权利要求1所述的一种等离子约束用超导磁体，其特征在于，所述超导线圈(102)的两端还并联有保护二极管(114)。4.根据权利要求1所述的一种等离子约束用超导磁体，其特征在于，所述冷却介质槽(104)内部设置有骨架(103)，所述超导线圈(102)设置在所述骨架(103)上。5.根据权利要求4所述的一种等离子约束用超导磁体，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟，李超，马鹏，李猛，张文涛，韩志晨，葛正福，兰贤辉，周涛，杨战锋，冯勇，刘向宏，张平祥，
申请(专利权)人：西安聚能超导磁体科技有限公司，
类型：新型
国别省市：