[发明专利]等离子体破裂防护专用的防磁干扰大气量充气阀

说明书

技术领域

本发明涉及真空技术、高气压容器技术、高电压技术及磁约束聚变领域，主要是一种等离子体破裂防护专用的防磁干扰大气量充气阀。

背景技术    

在托卡马克放电试验中，由于等离子体控制、磁流体不稳定性、杂质、高能逃逸粒子等原因，使得等离子体的破裂难以避免。特别是在实现托卡马克聚变堆稳态运行的主要研究内容——维持稳态高参数等离子体的放电中，等离子体破裂放电会导致严重的破坏作用，如第一壁大的热负载，强的机械应力，大的逃逸电流等，甚至对偏虑器靶板、第一壁部件甚至装置造成严重损伤。虽然现有托卡马克放电的不同参数的运行极限已经有了深入的研究，并且可以控制托卡马克在“安全运行”区域而避免破裂发生，但是总有一些破裂难以避免，因此，为在高参数条件下避免或减小破裂对大装置造成的危害，开展等离子体破裂缓解的研究是很有必要而且是很重要的，也是当前托卡马卡等离子体物理研究的重点之一。

等离子体破裂防护主要分为主动防护及被动防护两种方式，主动防护主要是通过反馈控制来控制等离子体放电参数，使其运行来等离子体安全区域来避免破裂；被动防护主要是对那些不可避免的破裂所采取的方式，即向等离子体中注入杂质的方式来缓解破裂所带来的危害，其主要有两种方法，一种是弹丸注入，一种是高压气体注入，由于高压气体注入方式的简单有效性，它已经成为目前世界上各大装置上进行破裂缓解的主要研究方向。

通过提前给装置中注入一定量的杂质惰性气体，一方面增加杂质可以增大辐射量，把等离子体能量辐射出去，从而减小打到器壁上的热负载，另一方面通过注入杂质可以加快电流焠灭，使即将产生的不稳定性来不得发展或者发展到很小程度，从而可以减小电磁负载。最后一方面，理论研究发现，通过注入一定量的杂质气体，可以提高总的气体中的电子密度，当电子密度达到一定量的时候，由于破裂而产生的电场就可以小于快电子雪崩机制的临界电场，从而可以抑制快电子的产生。

因此，可以实现快速而且可以充入大量气体的充气阀门，是托卡马克装置中进行破裂缓解的必要的工具，而目前可用的电磁阀与压电晶体阀都不能同时满足破裂缓解的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种等离子体破裂防护专用的防磁干扰大气量充气阀，其能在很短的时间内充入大量的惰性气体，实现对等离子体破裂的缓解，以缓解托卡马克装置由于等离子体破裂而受到的损伤。且本发明是安装在装置内部，从而不采用任何管道，因此气体出来的后有很高的压力。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种等离子体破裂防护专用的防磁干扰大气量充气阀，包括有长筒式高压腔室状的阀体，阀体侧壁上设有与高压气源连通的进气口，阀体左端连接有左腔室，其特征在于：所述的阀体右端设置有连通至托卡马克装置真空室的出气口，阀体内安装有可左右滑动的阀芯，阀芯右端堵塞在阀体出气口处，所述左腔室中安装有下绝缘板，所述阀芯的左端穿过下绝缘板伸入到左腔室内，所述阀芯的左端连接有与下绝缘板相隔一定间隙的上绝缘板，所述下绝缘板上设置有套在阀芯外并置于上、下绝缘板之间的平面螺旋线圈，所述的平面螺旋线圈与外部充电电容器电连接，所述上绝缘板与左腔室顶部之间还连接有弹簧。

所述左腔室顶部内壁上连接有多根导柱，所述的上绝缘板与导柱滑动配合，所述的弹簧套在导柱外。

所述上、下绝缘板均为聚四氟乙烯材料制成。所述阀芯为铝材料制成。

本发明中在工字型阀芯的两端分别设有限位部件进行限位，使其只可左右往复运动。

使用时，阀体水平放置，可以深入装置内部，从而使气体更快的进入等离子体内部；本发明的驱动部件为平面螺旋线圈，通过给其提供大脉冲电流，从而给阀芯产生脉冲电磁力，继而打开阀芯，力消失后，阀芯就会在弹簧被压的作用下回到原来的位置，完成一次脉冲充气。使其可以工作在强磁场环境中，而不受其影响。

本发明的出口内置式防磁干扰大气量快速充气阀门的研制成功，对EAST托卡马克装置来说有着重要的意义，它的研制成功，进一步缩短了从快阀触发到气体进入等离子体的时间。出口内置式防磁干扰大气量快速充气阀门最大的优点其安装在装置内部，气体出来后直接面向等离子体，而不需要任何的管道，从而避免了采用管道而导致的气压的衰减，而这对于高压气体注入来说是非常重要的，因为更高的气压会产生更深的注入深度。EAST作为在世界上第一个类ITER的全超导偏滤器装置，在其上进行破裂缓解实验，也可以为ITER聚变装置提供实验基础及数据参考与积累。

本发明的优点是：