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1、第43卷第4期Vol.43,No.42006年7月真空VACUUMJul.2006*中性束注入器真空系统设计谢远来,胡纯栋,欧阳峥嵘,王绍虎(中科院等离子体物理研究所,安徽合肥230031)摘要:中性束注入器(NBI)真空系统的性能对束传输效率以及整个束线内相关部件的使用寿命与使用安全影响极大。本文结合中性束注入器对真空系统的要求,对真空室的结构选择及气源分布进行了分析并对各气源的气量大小进行了计算。为NBI设计了一套以4.2K液氦低温冷凝泵为真空主抽泵并配以涡轮分子泵机组的抽气系统,采用此真空系统的NBI系统具有良好的真空性能。关键词:真空系统;中性束注入器;低温冷凝泵;设
2、计中图分类号:TB753+.2文献标识码:B文章编号:1002-0322(2006)04-0026-03DesignofvacuumsystemforneutralbeaminjectorXIEYuan-lai,HUChun-dong,OUYANGZheng-rong,WANGshao-hu(InstituteofPlasmaPhysics,ChineseAcademyofSciences,Hefei230031,China)Abstract:Thetransmissionefficiencyofneutralbeamandtheservicelifeandsafetyoft
3、heequipmentinsideNBIsystemaregreatlyaffectedbytheperformanceofvacuumsystemforneutralbeaminjector(NBI).So,thechoiceofthestructureofvacuumtankandthedistributionofgassourceareanalyzedtomeettherequirementofNBIforthevacuumsystem.Thegassupplyforeachsouroeiscalculated.Anpumpingsystemcovering4.2kli
4、quidheliumcryopumpsandturbomolecularpumpingsetsisdesignedfortheNBIsystemtowhichhighvacuumperformanceisavailable.Keywords:vacuumsystem;neutralbeaminjector;cryocondensationpump;design通过向聚变装置内的等离子体注入高能中性粒能中性粒子束。目前对高能离子束进行中性化的方+子束,利用高能中性粒子在等离子体中的电离、热法之一就是使高能离子(H)与中性化室内的气体化,把能量转化成等离子体的内能可达到有效加热靶
5、分子(H2)发生碰撞、产生电荷交换来实现中性等离子体的目的。中性束注入加热一直是聚变研究化。气体靶厚度是影响中性化效率的关键因素,为获的一个核心课题,它涉及等离子体物理、控制、真空得最佳中性化效率,一般要求维持中性化室内的压-1等多个学科领域,它的发展与这些学科的发展紧密力在10Pa量级,具体大小可根据实验中束流参数相关。仅就真空技术而言,随着注入束功率的提高,的变化通过进气系统进行调节。在中性粒子的漂移要求真空系统能提供几十乃至数百万l/s的对氢或段,理论上压力越低束的损失越小,但考虑到其压力氦的抽气能力。从现有的理论与实验研究结果来看,应与聚变装置内的压力相匹配,通常选取
6、漂移段压中性束注入器真空系统性能的优劣关系到束传输效力比聚变装置内的动态压力低一个量级,要求维持-4率的高低并影响到整个束线内其他部件的使用寿命漂移段压力在10Pa量级。与使用安全。本文以束参数为60A,50keV,300ms2NBI真空系统结构的中性束注入器(NBI)为例,针对其真空系统的设计进行探讨,可为后续设计与改进提供借鉴。由于NBI系统不同部位对真空度要求不一样,同时满足束漂移段与中性化室对真空度的要求,有1NBI对真空系统的要求两套方案可供选择:单一真空室结构与差分式结构。中性束注入器由离子源、加速电极、中性化室、采用单一真空室结构,真空室内的真空度须满足和偏转磁
7、铁、离子消除器、漂移管道、功率测量靶和数聚变装置对接的要求,应维持在与聚变装置内真空[1]个限制孔板等组成,结构示意图见图1。由离子源度相同的量级上,而为达到对来自离子源的高能离产生的离子经加速电极加速而获得能量成为高能离子束进行中性化所必须的气体靶厚度,须通过中性子束,高能离子束在中性化室内得以中性化成为高化室进行补充充气,真空室内的真空度越高,补充充收稿日期:2006-02-11作者简介:谢远来(1974-),男,安徽省潜山县人,博士生。*基金项目:国家自然科学基金资助项目(10575105)。第4
