三維帶狀流探針系統的製作方法

2023-08-02 13:04:11 2

專利名稱:三維帶狀流探針系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於等離子體診斷技術領域：
，具體涉及一種邊緣等離子體參數測 量系統。
技術背景
在託卡馬克等離子體中湍流能引起反常輸運，由湍流的非線性相互作用 (如調製不穩定性，反向級聯能量過程)又能產生帶狀流，並可以調製和減 少湍流幅度和輸運的水平，因此帶狀流對調製和抑制湍流及輸運具有重要作 用。為了研究邊緣帶狀流的特性，需要測量邊緣等離子體參數極其徑向分布。
目前最常用的工具是朗繆爾(Langmuir)靜電探針，它可獲得邊緣等離子體 的多種信息。但是，它的空間分辨力不是很理想，只能測量單個獨立數據， 不能同時測量邊緣等離子體參數的三維(徑向、極向和環向)時空分布，且 使用壽命也受到高熱負荷的限制。
發明內容
本發明的目的是，提供一種在受控核聚變研究裝置一次放電中能同時測 量出邊緣等離子體多種參數的徑向、極向和環向三維空間結構及其分布的三 維帶狀流探針系統。
本發明採用的技術方案是 一種三維帶狀流探針系統，它包括安裝在受 控核聚變研究裝置的磁力傳動機構上的雙組合三臺階結構的5探針組，安裝
在受控核聚變研究裝置的電動掃描氣機構上的第一個三臺階結構的6探針
組，以及安裝在受控核聚變研究裝置的快速氣動往復掃描機構上的第二個三
臺階結構的6探針組，所說的雙組合三臺階結構的5探針組是由兩組上下布 置的三臺階結構的5探針組構成，所說的三臺階結構的5探針組由5個探針 頭組成，其中兩個探針頭處於第一個臺階上，另外兩個探針頭處於第二個臺 階上，還有一個探針頭處於第三個臺階上，相鄰臺階之間的高度差為4mm， 位於第二個臺階上的兩個探針頭之間的極向距離為4.5mm，位於第二個臺階 上的兩個探針頭和位於第三個臺階上的一個探針頭沿軸向的投影點處於同一
個圓上，位於第一個臺階上的兩個探針頭之間的極向距離為7mm;所說的三 臺階結構的6探針組由6個探針頭組成，其中兩個探針頭處於第一個臺階上， 另外三個探針頭處於第二個臺階上，還有一個探針頭處於第三個臺階上，相 鄰臺階之間的高度差為4 mm，位於第二個臺階上的其中兩個探針頭之間的 極向距離為4.5mm，位於第二個臺階上三個探針頭與位於第一個臺階上的一 個探針頭沿軸向的投影點處於一個圓上，位於第一個臺階上的兩個探針頭之 間的極向距離為7mm。
本發明的優點是因為應用了三臺階結構的探針組，能夠同時測量出邊 緣等離子體多種參數的徑向、極向和環向三維空間結構及其分布；由於石墨 探針頭和石墨保護套均採用高強度、高緻密和耐濺射的熱解石墨，對等離子 體的汙染小，因此測量的等離子體邊緣參數分布數據準確可靠，同時也提高 了探針組在等離子體中的使用壽命；另外探針組為插件式結構，便於在任意 放電間隔期間隨時更換；石墨保護套採用全屏蔽式結構，保護絕緣陶瓷座和 金屬部件，使之不裸露於等離子體中，防止和避免了陶瓷和金屬的損壞，並 減輕探針組對等離子體的汙染和影響。 附閨說明

圖1是雙組合三臺階結構的5探針組示意圖；
圖2是雙組合三臺階結構的5探針組與第一個三臺階結構的6探針組相 互關係示意圖；
圖3是圖2的俯視圖；
圖4是本發明在HL-2A裝置中的位置示意圖。
圖中，1 16均為探針頭，21石墨探針頭，22陶瓷絕緣，23引線銅管， 24石墨保護套，25固定螺栓，26固定連接件，27電纜引線，28活動插頭， 29雙組合式三臺階結構的5探針組，30第一個三臺階結構的6探針組，31 第二個三臺階結構的6探針組。
具體實施方式
如圖4所示， 一種三維帶狀流探針系統，它包括安裝在受控核聚變研究 裝置的磁力傳動機構上的雙組合三臺階結構的5探針組29，安裝在受控核聚 變研究裝置的電動掃描氣機構上的第一個三臺階結構的6探針組30，以及安 裝在受控核聚變研究裝置的快速氣動往復掃描機構上的第二個三臺階結構的
6探針組31 。所說的雙組合三臺階結構的5探針組29是由兩組上下布置的三 臺階結構的5探針組構成，兩個探針組之間的極向間距為65mm。由於受控 核聚變研究裝置中各機構之間的固有連接關係，第一個三臺階結構的6探針 組30與雙組合三臺階結構的5探針組29之間的夾角為22.5°，環向間距為 800mm;第二個三臺階結構的6探針組31與雙組合三臺階結構的5探針組 29之間的夾角為60° ，環向間距為2100mm;第二個三臺階結構的6探針組 31與第一個三臺階結構的6探針組30之間的夾角是37.5° 。
其中，所說的雙組合三臺階結構的5探針組29或三臺階結構的6探針組 中的每一個探針組均包括石墨探針頭21、陶瓷絕緣22，石墨探針頭21的一 端穿過陶瓷絕緣22的中間孔與穿過陶瓷絕緣22中間孔的引線銅管23相連 接，引線銅管23的另一端與電纜引線27連接，電纜引線27的另一端與活動 插頭28相連接，石墨探針頭21、陶瓷絕緣22、引線銅管23外部包有石墨保 護套24，石墨保護套24由固定螺栓25固定在固定連接件26上。
所說的三臺階結構的5探針組由5個探針頭組成，探針頭4和探針頭5 處於第一個臺階上，探針頭2和探針頭3處於第二個臺階上，探針頭1處於 第三個臺階上。其中相鄰臺階之間的高度差為4 mm。探針頭2和探針頭3 之間的極向距離為4.5mm，探針頭1、探針頭2和探針頭3沿軸向的投影點 處於同一個圓上。探針頭4和探針頭5的極向距離為7mm。每個探針頭長 2mm， 直徑1.5mm。
所說的三臺階結構的6探針組由6個探針頭組成，探針頭14和探針頭 15處於第一個臺階上，探針頭12、探針頭13和探針頭16處於第二個臺階上， 探針頭ll處於第三個臺階上。其中的相鄰臺階之間的高度差為4mm，探針 頭12和探針頭13之間的極向距離為4.5mm，探針頭11、探針頭12、探針頭 13與探針頭16沿軸向的投影點處於同一個圓上。探針頭14和探針頭15的 極向距離為7mm。每個探針頭長2mm，直徑1.5mm。
其中，1至15號探針頭用於測量懸浮電位擾動》y;—》//5， 16號探針頭
用於測量飽和離子流和邊緣密度，安裝在快速往復掃描氣動上的第二個三臺 階結構的6探針組31用於測量磁分界面附近的溫度、密度和懸浮電位擾動極 其徑向分布，雷諾脅強Rs及其徑向分布等。信號的數據採集頻率為lMHz， 精度為14比特。
本發明中的所有探針組均釆用三臺階結構，這種結構基本上可以保證極 向和環向的兩組探針陣列中總有一對探針處於等離子體邊緣的同一磁面上，
這對於診斷帶狀流的極向和環向結構，特別是環向結構是至關重要的；石墨 探針頭21和石墨保護套24均採用高強度、高緻密和耐濺射的熱解石墨製成， 因為熱解石墨材料濺射小，對於等離子體的汙染小，使得測量的等離子體邊
緣參數分布準確可靠，同時因為熱解石墨的使用壽命長，提高了探針組在等 離子體中的使用壽命；另外探針組為插件式結構，活動插頭28與探針組所安
裝的機構連接，即雙組合三臺階結構的5探針組29上的活動插頭28與受控 核聚變研究裝置的磁力傳動機構相連，第一個三臺階結構的6探針組30上的 活動插頭28與受控核聚變研究裝置的電動掃描氣機構相連，第二個三臺階結 構的6探針組31上的活動插頭28與受控核聚變研究裝置的快速氣動往復掃 描機構相連，這種插件式結構便於在任意放電間隔期間隨時更換；石墨保護 套24採用全屏蔽式結構，保護陶瓷絕緣22和金屬部件，使之不裸露於等離 子體中，防止和避免陶瓷絕緣22和金屬被損壞，並減輕探針組對等離子體的 汙染和影響。
本裝置在HL-2A裝置中首次同時觀測到對應於電位和電場擾動(頻率/ = 9.3 kHz)的極向和環向模數對稱性(a/7<2，" 0)以及帶狀流的三維空間結 構分布。分析結果表明流的形成機制是由於高頻湍流和流之間的非線性三波 耦合引起的；雷諾脅強的徑向梯度可以驅動帶狀流，抑制邊緣湍流。
本發明可用於受控核聚變研究裝置中的邊緣等離子體參數三維時空分布 的測量。
權利要求
1.一種三維帶狀流探針系統，其特徵在於它包括安裝在受控核聚變研究裝置的磁力傳動機構上的雙組合三臺階結構的5探針組(29)，安裝在受控核聚變研究裝置的電動掃描氣機構上的第一個三臺階結構的6探針組(30)，以及安裝在受控核聚變研究裝置的快速氣動往復掃描機構上的第二個三臺階結構的6探針組(31)，所說的雙組合三臺階結構的5探針組(29)是由兩組上下布置的三臺階結構的5探針組構成，所說的三臺階結構的5探針組由5個探針頭組成，探針頭(4)和探針頭(5)處於第一個臺階上，探針頭(2)和探針頭(3)處於第二個臺階上，探針頭(1)處於第三個臺階上，其中相鄰臺階之間的高度差為4mm，探針頭(2)和探針頭(3)之間的極向距離為4.5mm，探針頭(1)、探針頭(2)與探針頭(3)沿軸向的投影點處於同一個圓上，探針頭(4)和探針頭(5)的極向距離為7mm；所說的三臺階結構的6探針組由6個探針頭組成，探針頭(14)和探針頭(15)處於第一個臺階上，探針頭(12)、探針頭(13)和探針頭(16)處於第二個臺階上，探針頭(11)處於第三個臺階上，其中相鄰臺階之間的高度差為4mm，探針頭(12)和探針頭(13)之間的極向距離為4.5mm，探針頭(11)、探針頭(12)、探針頭(13)與探針頭(16)沿軸向的投影點處於同一個圓上，探針頭(14)和探針頭(15)的極向距離為7mm。
2. 如權利要求
1所述的一種三維帶狀流探針系統，其特徵在於所說的 雙組合三臺階結構的5探針組(29)或三臺階結構的6探針組中的每一個探 針組均包括石墨探針頭(21)、陶瓷絕緣(22)，石墨探針頭(21)的一端穿 過陶瓷絕緣(22)的中間孔與穿過陶瓷絕緣(22)中間孔的引線銅管(23) 相連接，引線銅管(23)的另一端與電纜引線(27)連接，電纜引線(27) 的另一端與活動插頭(28)相連接，石墨探針頭(21)、陶瓷絕緣(22)、引 線銅管(23)外部包有石墨保護套(24)，石墨保護套(24)由固定螺栓(25) 固定在固定連接件(26)上。
3. 如權利要求
2所述的一種三維帶狀流探針系統，其特徵在於所說的 石墨探針頭(21)和石墨保護套(24)均採用高強度、高緻密和耐濺射的熱 解石墨製成，並且石墨保護套(24)採用全屏蔽式結構。
專利摘要
本發明屬於等離子體診斷技術領域：
，具體公開一種三維帶狀流探針系統。它包括安裝在受控核聚變研究裝置的磁力傳動機構上的雙組合三臺階結構的5探針組，安裝在受控核聚變研究裝置的電動掃描氣機構上的第一個三臺階結構的6探針組，以及安裝在受控核聚變研究裝置的快速氣動往復掃描機構上的第二個三臺階結構的6探針組。其優點是採用三臺階結構的探針組，能夠同時測量出邊緣等離子體多種參數的徑向、極向和環向三維空間結構及其分布。石墨探針頭和石墨保護套採用熱解石墨，測量數據準確可靠，並提高了探針組的使用壽命。它可用於受控核聚變研究裝置中的邊緣等離子體參數三維時空分布的測量。
文檔編號G21B1/11GKCN101188146SQ200610138770
公開日2008年5月28日 申請日期2006年11月15日
發明者嚴龍文, 洪文玉 申請人:核工業西南物理研究院導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan