[发明专利]未来聚变堆偏滤器部件服役性能的先行实验平台

说明书

技术领域

本发明涉及核聚变装置设备技术领域，特别涉及一种未来聚变堆偏滤器部件服役性能的先行实验平台。

背景技术

核聚变能研究的目标是为人类提供取之不尽的清洁无污染能源。托卡马克磁约束核聚变被认为是聚变能商业化研究最具前途的途径之一。近几十年来，国内外托卡马克磁约束核聚变能研究取得了非常大的进展，正在向稳态高参数运行的全超导托卡马克实验装置或实验堆的研究进发。每次装置运行参数的显著提高，特别是等离子体的品质的提高，都与偏滤器部件和技术的发展密切相关。

目前，世界上最为先进的偏滤器技术为具有穿管型或平板焊接型结构的W/Cu或CFC/Cu偏滤器技术，采用温度为100℃左右的高压水进行冷却。该种偏滤器结构件已经研制成功，并通过了高热负荷台面实验测试，但它在稳态高参数等离子体放电运行条件下的服役性能还有待考验。该种偏滤器结构对于未来聚变堆而言未必完全适用，如为了提高堆的发电效率，希望提高冷却剂的温度，而水冷却剂的运行温度被限制在300℃左右，因此，有人提出在未来聚变堆中采用氦冷偏滤器。简而言之，在通往聚变能商用化之路上，需要不断提高或研发新的偏滤器技术。偏滤器直接暴露于来自等离子体的高通量粒子流和能量流的轰击中，同时由于等离子体破裂、边界局域模（ELMs）发生、垂直位移事件（VDE）等，偏滤器会受到很大的瞬时热载荷和电磁载荷冲击，导致偏滤器部件可能存在表面烧蚀、融化、裂纹产生和结构破坏等损伤，从而影响偏滤器的性能，严重时甚至会影响到装置的运行安全。因此，从提高新研发偏滤器技术的可靠性及聚变装置运行安全的角度，非常有必要在将新的偏滤器技术大规模应用到装置上之前，开展小模块样件在装置上的服役行为实验研究。这点对未来聚变堆偏滤器部件和技术的研发尤其重要。

EAST、KSTAR等国内外全超导托卡马克核聚变实验装置，具备稳态/长脉冲和高参数等离子体物理实验的能力，为开展在与聚变堆相关的稳态高参数等离子体运行条件下的偏滤器部件服役行为的实验研究提供了可能。

未来聚变堆偏滤器部件在托卡马克实验装置上的先行实验研究的一个关键难点是实验平台的设计。实验平台必须能：（1）开展服役性能实验时，准确地将实验件送至标准的偏滤器位置；（2）若实验件损坏时，能将实验件撤离标准的偏滤器位置，远离等离子体，以不影响正常等离子体放电运行。

发明内容

本发明的目的是为解决上述技术问题，提供一种基于托卡马克实验装置的未来聚变堆偏滤器部件服役性能的先行实验平台，以满足具有不同结构和技术的偏滤器部件在大规模应用到装置上之前开展服役行为先行实验的要求。

本发明采用的技术方案是：

一种未来聚变堆偏滤器部件服役性能的先行实验平台，其特征在于：包括有驱动总成、支撑总成和实验件总成；所述的驱动总成，外接于下窗口颈管的底部，为支撑总成和实验件总成提供垂直位移，包括有支撑桌（1）、驱动器（2）、步进电机（3）、联轴器（4）和螺旋升降机（5），驱动器（2）与步进电机（3）连接并置于支撑桌（1）上，步进电机（3）的输出轴通过联轴器（4）与螺旋升降机（5）联接；所述的支撑总成，位于下窗口颈管内，自下至上依次包括有挡板（6）、波纹管（7）、法兰（8）、支撑主轴，其中支撑主轴包括有依次连接的支撑主轴一（9）、支撑主轴二（11）、支撑主轴三（12），支撑主轴的两端分别设有辅助支撑；所述的实验件总成，位于真空室下偏滤器区域，由偏滤器部件及其支撑体（16）、支撑架（15）以及冷却管组成。

所述的未来聚变堆偏滤器部件服役性能的先行实验平台，其特征在于：所述的支撑主轴一（9）、支撑主轴二（11）的上端均设有上法兰（20）、定位孔（22），支撑主轴二（11）、支撑主轴三（12）的下端均设有下法兰（21）、定位轴（23），用于保证支撑主轴的同轴度；支撑主轴三（12）的上端面上设有两螺纹孔（26）；挡板（6）与波纹管（7）、法兰（8）、支撑主轴一（9）、真空室（17）、下窗口颈管（19）一起构成真空室17所需真空的真空边界。

所述的未来聚变堆偏滤器部件服役性能的先行实验平台，其特征在于：所述的辅助支撑包括有位于支撑主轴下端的辅助支撑一（10）和位于支撑主轴上端的辅助支撑二（13）、辅助支撑三（14）；辅助支撑在支撑主轴竖直运动时起导向作用，并承受实验平台在运行过程中所受的各种载荷对支撑主轴作用的弯矩；所述的辅助支撑一（10）、辅助支撑二（13）、辅助支撑三（14）中分别设有铜管（24），在支撑主轴竖直运动时有自润滑作用。