[发明专利]一种核聚变装置的移动式射频辉光电极

说明书

技术领域

本发明属于一种核聚变装置真空室器壁处理装置，具体涉及一种真空室射频辉光放电清洗壁处理系统的主要组成部件。

背景技术

在现代热核聚变实验装置运行过程中，要达到高约束状态和较好的等离子体放电品质，降低工作气体粒子的再循环、严格地控制真空室内部的杂质种类和含量是非常重要的。目前国际上正在运行的核聚变装置通常选用泰勒放电清洗(TDC)、直流辉光放电清洗(GDC)、电子或离子回旋共振放电清洗(EC-DC、IC-DC)进行其真空室器壁表面的锻炼和原位处理。为了进一步提高直流辉光放电清洗效率，设计了一种可伸缩移动的螺旋式电极结构，开展了射频辅助下的直流辉光放电清洗实验研究。射频辅助下的直流辉光放电（RG）,由于高频交变电场的作用增加了电子与气体分子碰撞的机率，辉光放电运行更加稳定，对清除器壁表面的低质量数杂质效率更高。

发明内容

本发明的目的是提供一种核聚变装置的移动式射频辉光电极，它可用于聚变装置真空室器壁处理的可伸缩移动的螺旋式电极。

本发明是这样实现的，一种可伸缩移动的螺旋式电极，它包括螺旋式射频电极、伸缩驱动机构，伸缩驱动机构上设有螺旋式射频电极。

所述的伸缩驱动机构包括支撑底座，支撑底座上设有固定导轨和传送系统SKF滚珠丝杠，固定导轨上设有传送系统SKF滑块，传送系统SKF滑块上设有蝶形焊接波纹管，蝶形焊接波纹管的一端设有螺旋式射频电极，另一端设有陶瓷封接水嘴，传送系统SKF滚珠丝杠一端与步进电机连接，另一端与传送系统SKF滑块连接。导轨上的前端设有传送器前端压缩装置，另一端通过SKF滑块和传送系统SKF滚珠丝杠与步进电机连接。

所述的螺旋式射频电极的端头连接有绝缘陶瓷套管，绝缘陶瓷套管与活连接头连接。

本发明的优点是，射频电极采用碟形波纹管运动机构进行驱动，可根据实验要求方便快速调整电极位置。螺旋式结构电极工作在高频交变电场作用下，增加了电子与气体分子发生碰撞的几率增加，对清除真空室器壁表面的低质量数杂质效率更高。电极冷却采用了水冷结构，降低了电极因长时间使用发生变形的几率。提高了该系统运行的安全性。

附图说明

图1为本发明所提供的一种核聚变装置的移动式射频辉光电极示意图；

图2为螺旋状射频辉光电极结构示意图。

图中，1螺旋式射频电极，2蝶形焊接波纹管，3支撑底座，4步进电机，5传送系统SKF滚珠丝杠，6陶瓷封接水嘴，7传送器前端压缩装置，8传送系统SKF滑块，9绝缘陶瓷套管，10活连接头。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细介绍：

本发明的工作原理是通过加载在伸缩驱动机构上的螺旋式电极上的高频交变电场形成交变磁场使电子与气体分子发生碰撞的几率增加，对清除真空室器壁表面的低质量数杂质效率更高。

一种可伸缩移动的螺旋式电极，主要包括带水冷的螺旋式射频电极1、伸缩驱动机构。

如图1所示，一种可伸缩移动的螺旋式电极包括伸缩驱动机构，伸缩驱动机构包括支撑底座3，支撑底座3上设有固定导轨和传送系统SKF滚珠丝杠5，固定导轨上设有传送系统SKF滑块8，传送系统SKF滑块8上设有蝶形焊接波纹管2，蝶形焊接波纹管2的一端设有螺旋式射频电极1，另一端设有陶瓷封接水嘴6，传送系统SKF滚珠丝杠5一端与步进电机连接，另一端与传送系统SKF滑块8连接。导轨上的前端设有传送器前端压缩装置7，另一端通过SKF滑块8和传送系统SKF滚珠丝杠5与步进电机连接4；如图2所示，螺旋式射频电极1的端头连接有绝缘陶瓷套管9，绝缘陶瓷套管9与活连接头10连接。

螺旋式射频电极1采用304不锈钢管Ф10χ2mm（外径χ壁厚）绕制而成，成螺旋状，四圈，总高度100mm。为保证电极安全平稳前后运动，电极尺寸根据与真空室连接管道通径尺寸而制定。为防止电极在高电压下出现局部短路现象，影响实验效果,在电极后端套装了带台阶的绝缘锥形陶瓷套管。

伸缩驱动机构主要由步进电机、滚珠丝杠、线性导轨、碟形波纹管、滑块、支撑底座等组成。最大行程为1200mm。装置安装有行程限位，其作用是保护波纹管工作在安全的压缩范围内。伸缩传送器机构采用步进电机无极调速驱动。由于主真空室外接闸阀为水平连接，因而机械机构采用水平安装。系统所有法兰密封均采用无氧铜刀口密封，电气绝缘所用辅助材料选用符合真空环境下使用的陶瓷和聚四氟乙烯。系统真空漏气率小于1.0×10^-9Pam3S-1。

在进行射频辉光前，先将带有活接头的射频电极与压缩波纹管传动系统相连接，并进行真空捡漏。系统工作时，通过步进电机无极调速来驱动丝杠带动与射频电极相连接传送杆压缩碟形波纹管前后运动。将射频电极推到真空室中心区域，加载射频电源工作。采用螺旋结构的电极在聚变装置真空室运用射频进行预电离辅助直流启辉，使辉光放电清洗启辉的电压和气压值得到了明显改善，击穿气压下降了一个数量级到10^-1Pa范围内，启辉电压最低为765V，提高了装置与抽气机组运行的安全性。通过在1050W直流功率下叠加同等射频和直流功率时残余气体产额数据比较，得到了射频辅助下的H₂、CO₂产额增量为纯直流辉光下产额增量的1-3倍，提高了聚变装置真空室器壁的放电清洗效率。