一種用於磁約束核聚變反應堆部件腐蝕監測的靜電探針的製作方法
2023-10-20 16:35:22 1
專利名稱：一種用於磁約束核聚變反應堆部件腐蝕監測的靜電探針的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於磁約束核聚變反應堆部件腐蝕監測的靜電探針，特別是涉及一種針對等離子體流腐蝕的具體情況對靜電探針外部結構進行了改進的用於磁約束核聚變反應堆部件腐蝕監測的靜電探針。
背景技術：
磁約束核聚變反應堆第一壁部件構成反應區域的物質邊界，反應堆等離子體流沿著磁力線流入第一壁部件材表面，將其熱能傳遞至部件表面，同時等離子體流粒子通過物理濺射和化學濺射等過程，腐蝕表面材料。第一壁部件通常具有主動冷卻設施，排出其表面和部件體的承受的熱負荷。這些主動冷卻設施通常是由水或氣體冷卻管道組成，並且冷卻管道埋藏於第一壁部件表面之下。由於反應介質及其生產物對部件表面的腐蝕，在部件使用壽命的末期，冷卻管道之前的第一壁材料接近完全腐蝕，致使冷卻管道接近或直接面臨等離子體流。如果因為這種狀況未能及時監測到而未能採取相應措施，就有可能發生冷卻 管道因承受過量的熱流密度或直接受到腐蝕而破裂。第一壁部件冷卻管道破裂是反應堆中十分嚴重和危險的事故，為了避免這類事故，監測第一壁部件的腐蝕程度是重要的、必不可少的。應該強調，腐蝕監測必須實時在線進行，才具有安全警示作用。目前，人類尚未建立起聚變反應堆，對第一壁部件腐蝕狀態尚未進行實時在線的監測，也沒研發出實時在線監測的設備。國際託卡馬克實驗反應堆，即ITER裝置是目前在建的聚變功率最大的裝置，ITER機構正在進行ITER第一壁部件腐蝕監測的研究。ITER目前採用的方法基於雷射幹渉的的原理，理論上可以提供精確的監測結果；然而，ITER的雷射監測方法技術上是很複雜的，在不能進行人工維護、複雜的電磁和熱エ環境的聚變反應堆腔體內部，影響監測結果的因素甚多，能否可靠的應用尚不明確。例如反應堆內部與雷射光路有關的部件的熱收縮就會對監測結果產生顯著影響。靜電探針，即朗繆爾探針廣泛用於聚變研究裝置邊緣和低溫等離子體流裝置等離子體流參數的診斷，在聚變反應第一壁堆部件腐蝕的監測上尚未見應用。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供ー種不需要人工幹預，具有實時監測，結構簡單，抗幹擾，可靠性高的用於磁約束核聚變反應堆部件腐蝕監測的靜電探針。為解決上述技術問題，本發明ー種用於磁約束核聚變反應堆部件腐蝕監測的靜電探針，靜電探針與待測核聚變反應堆第一壁部件固定，靜電探針沿軸向設有若干個互相平行的階梯面；靜電探針由頂部沿軸向最後一個階梯面與待測核聚變反應堆第一壁部件允許被等離子體流腐蝕的極限位置位於同一平面。靜電探針的頂部與待測核聚變反應堆第一壁部件接觸等離子體流的表面位於同一平面或略突出於待測核聚變反應堆第一壁部件接觸等離子體流的表面；階梯面為3個。
靜電探針由頂部沿軸向3個階梯面的面積比為I : 2 : 4。靜電探針與待測核聚變反應堆第一壁部件之間有100微米 2毫米的間隙。靜電探針與待測核聚變反應堆第一壁部件由相同材料構成。本發明為磁約束核聚變反應堆第一壁部件的安全運行提供了簡單可靠的腐蝕狀態監測，可以在第一壁部件如偏濾器上布置監測探針陣列，監測偏濾器不同位置的腐蝕狀態。監測的方式是通過測量探針收集的等離子體流電流進行的，不需要人工幹預，具有實時監測，結構簡單，抗幹擾，可靠性高的特點。
圖I為本發明所提供的一種用於磁約束核聚變反應堆部件腐蝕監測的靜電探針的示意圖。圖中1為靜電探針，2為待測核聚變反應堆第一壁部件，3為等離子體流，4為等離子體流與待測核聚變反應堆第一壁部件的夾角，5為探針的頂部，6為靜電探針第一階梯面，7為靜電探針第二階梯面，8為靜電探針第三階梯面，9為靜電探針與部件之間的絕緣元件，10為絕緣螺釘，11為具有過流限制的可變探針偏置電源，12為電流監測儀器。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進ー步詳細的說明。靜電探針I設置在待測核聚變反應堆第一壁部件2的側面或特設的孔洞中，通過絕緣螺釘10和靜電探針與部件之間絕緣元件11將靜電探針I的底部與待測核聚變反應堆第一壁部件2固定。靜電探針I與待測核聚變反應堆第一壁部件2由相同材料構成，或者靜電探針I由抗腐蝕性低於待測核聚變反應堆第一壁部件的材料構成。靜電探針I不可以與待測核聚變反應堆第一壁部件2接觸，優選與待測核聚變反應堆第一壁部件2之間有100微米 2毫米的間隙。靜電探針I的底部電連接有電流監測儀器12和具有過流限制的可變探針偏置電源11。靜電探針I沿軸向設有3個互相平行的階梯面，分別為靜電探針第一階梯面6、靜電探針第二階梯面7和靜電探針第三階梯面8。由頂部沿軸向該三個階梯面的面積比為1:2: 4。靜電探針I的頂部平面與待測核聚變反應堆第一壁部件2接觸等離子體流3的表面位於同一平面或略突出於待測核聚變反應堆第一壁部件2接觸等離子體流3的表面。靜電探針第三階梯面8與待測核聚變反應堆第一壁部件2允許被等離子體流3腐蝕的極限位置位於同一平面。由於聚變堆中磁力線總是以極小的角度，與待測核聚變反應堆第一壁部件2表面相交，即等離子體流3與待測核聚變反應堆第一壁部件2的夾角為I度到3度。等離子體流3沿磁力線以這個角度流入待測核聚變反應堆第一壁部件2和靜電探針I的受腐蝕面，結果使該靜電探針I頂部平面與待測核聚變反應堆第一壁部件2受腐蝕面同步被等離子體流3腐蝕，並且兩個腐蝕面基本上處於同一個平面。當監測到靜電探針I腐蝕至某ー階梯面時，就表明待測核聚變反應堆第一壁部件2被腐蝕到相應位置。可令靜電探針第一階梯面6為待測核聚變反應堆第一壁部件2腐蝕的預警位置，靜電探針第二階梯面7為待測核聚變反應堆第一壁部件2腐蝕的報警位置，在堆運行過程中，通過電流監測儀器12監測靜電探針I電流變化的階躍事件，就可以監測靜電探針I腐蝕的狀態，以及對應的待測核聚變反應堆第一壁部件2的腐蝕預警位置和腐蝕報警位置。實際實施中，由於沿磁力線的熱流密度非常高，即使靜電探針I頂部表面高出待測核聚變反應堆第一壁部件2接觸等離子體流的表面，高出的靜電探針部分將快速腐蝕，最終兩面將趨於同面。在實際使用中，為了提高監測的可靠性，可設較大的臺階面積比值，如令靜電探針第一階梯面6、靜電探針第二階梯面7和靜電探針第三階梯面8的面積比為I : 2 : 4。這樣，在相同的等離子體流3條件下，與腐蝕狀態變化對應的靜電探針I電流變化將成倍數關係，於是腐蝕狀態變化容易鑑別出來。實際上反應堆運行時等離子體流3存在變化和擾動。對於長時間變化的等離子體流3過程，可以用等離子體流參數，如密度，溫度，磁力線入射角等，依照靜電探針測量的物理規律，對測量的靜電探針電流歸ー化，消除或減少等離子體流3變化對監測的影響。對於快速擾動的等離子體流3過程，腐蝕過程相對於擾動過程而言非常緩慢，可以通過低頻濾波，如設定濾波器的帶寬小於I赫茲，消除靜電探針電流的擾
動成份，消除等離子體流3擾動對電流躍變監測的影響。總之，通過採用不限於上述的措施之後，本發明能夠實際用於磁約束聚變堆第一壁部件的腐蝕狀態的實時在線監視。
權利要求
1.ー種用於磁約束核聚變反應堆部件腐蝕監測的靜電探針，所述靜電探針與待測核聚變反應堆第一壁部件固定，其特徵在幹所述靜電探針沿軸向設有若干個互相平行的階梯面；所述靜電探針由頂部沿軸向最後一個階梯面與待測核聚變反應堆第一壁部件允許被等離子體流腐蝕的極限位置位於同一平面。
2.根據權利要求I所述的ー種用於磁約束核聚變反應堆部件腐蝕監測的靜電探針，其特徵在幹所述靜電探針的頂部與待測核聚變反應堆第一壁部件接觸等離子體流的表面位於同一平面或略突出於待測核聚變反應堆第一壁部件接觸等離子體流的表面。
3.根據權利要求I所述的ー種用於磁約束核聚變反應堆部件腐蝕監測的靜電探針，其特徵在於所述階梯面為3個。
4.根據權利要求3所述的ー種用於磁約束核聚變反應堆部件腐蝕監測的靜電探針，其特徵在幹所述靜電探針由頂部沿軸向3個階梯面的面積比為I : 2 : 4。
5.根據權利要求I所述的ー種用於磁約束核聚變反應堆部件腐蝕監測的靜電探針，其特徵在於所述靜電探針與待測核聚變反應堆第一壁部件之間有100微米 2毫米的間隙。
6.根據權利要求I所述的ー種用於磁約束核聚變反應堆部件腐蝕監測的靜電探針，其特徵在於所述靜電探針與待測核聚變反應堆第一壁部件由相同材料構成或靜電探針由抗腐蝕性低於待測核聚變反應堆第一壁部件的材料構成。
全文摘要
本發明涉及一種用於磁約束核聚變反應堆部件腐蝕監測的靜電探針，靜電探針與待測核聚變反應堆第一壁部件固定，靜電探針沿軸向設有若干個互相平行的階梯面；靜電探針的頂部平面與待測核聚變反應堆第一壁部件接觸等離子體流的表面位於同一平面或略突出於待測核聚變反應堆第一壁部件接觸等離子體流表面；靜電探針由頂部沿軸向最後一個階梯面與待測核聚變反應堆第一壁部件允許被等離子體流腐蝕的極限位置位於同一平面。靜電探針由頂部沿軸向3個階梯面的面積比為1∶2∶4。本發明通過測量探針收集的等離子體流電流進行，不需要人工幹預，具有實時監測，結構簡單，抗幹擾，可靠性高的特點。
文檔編號G01N17/00GK102651241SQ201110047719
公開日2012年8月29日 申請日期2011年2月28日 優先權日2011年2月28日
發明者鍾光武 申請人:核工業西南物理研究院