[发明专利]一种集成化主动冷却粒子流探针

说明书

本发明公开了一种集成化主动冷却粒子流探针，包括有粒子接收探头、柱状热沉和电信号导出端子，所述粒子接收探头的底端通过应力缓释层与柱状热沉贴合，所述柱状热沉内部设有连通的冷却水通道，所述冷却水通道为通过隔板隔开且连通的两半圆柱形空腔结构，所述柱状热沉的底端部电连通有电信号导出端子，所述柱状热沉的底端安装在分水盒上，所述柱状热沉与所述分水盒之间设有绝缘管，所述分水盒内设有与柱状热沉冷却水通道连通的通道。本发明提供的集成化主动冷却粒子流探针，不仅可以快速移除沉积到探针的热流，具有较长的使用寿命，而且冷却水管道简单紧凑，易于安装，安全可靠。

技术领域：

本发明涉及核聚变装置中第一壁和偏滤器处粒子流测量领域，主要涉及一种集成化主动冷却粒子流探针，用于测量核聚变装置中第一壁和偏滤器处的面向等离子体材料表面的离子饱和流、电子温度、电子密度和热流等。

背景技术：

在核聚变装置中，面向等离子体材料是暴露于等离子体区域的材料。在核聚变装置运行过程中，第一壁和偏滤器处的面向等离子体材料会受到高能离子、电子和中性粒子的轰击，以及稳态和瞬态强热流的冲击。为了测量第一壁和偏滤器处的面向等离子体材料表面的离子饱和流、电子温度、电子密度和热流等，通常在面向等离子体材料中设置探针。

目前的核聚变装置中粒子流测量用的探针都是被动冷却的，前端材料使用钨、石墨、碳纤维复合材料等耐高温材料。通常情况下，沉积到第一壁和偏滤器处的热流高达1-20MW/m²。因此，被动冷却的探针在工作过程中很快就会被烧蚀、熔化。主动冷却的探针在接收粒子流信号的同时，及时移除沉积到探针的热流，可以避免其遭受烧蚀，延长其使用寿命。但是，为了获得一定空间分辨率的粒子流信号，需要在第一壁和偏滤器处的面向等离子体材料表面布置大量的探针，这将导致主动冷却探针的冷却水管道变得复杂，使探针的布置变得困难，而且增加了泄漏的风险。本发明提供的集成化主动冷却粒子流探针，不仅可以快速移除沉积到探针的热流，具有较长的使用寿命，而且冷却水管道简单紧凑，易于安装，安全可靠。

发明内容：

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种集成化主动冷却粒子流探针，不仅可以快速移除沉积到探针的热流，具有较长的使用寿命，而且冷却水管道简单紧凑，易于安装，安全可靠。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种集成化主动冷却粒子流探针，其特征在于：包括有粒子接收探头、柱状热沉和电信号导出端子，所述粒子接收探头的底端通过应力缓释层与柱状热沉贴合，所述柱状热沉内部设有连通的冷却水通道，所述冷却水通道为通过隔板隔开且连通的两半圆柱形空腔结构，所述柱状热沉的底端部电连通有电信号导出端子，所述柱状热沉的底端安装在分水盒上，所述柱状热沉与所述分水盒之间设有绝缘管，所述分水盒内设有与柱状热沉冷却水通道连通的通道。

所述的粒子接收探头由钨或者钨合金制成，其位于前端用于与等离子体接触。

所述的应力缓释层由无氧铜或钨铜梯度材料制成，与所述粒子接收探头和所述柱状热沉分别紧密贴合。

所述的柱状热沉由铬锆铜合金或Al₂O₃弥散强化铜制成。

所述的柱状热沉为具有底部开口的半开放圆柱形内腔结构，所述半开放圆柱形内腔由一隔板分成两个半圆柱形空间，且所述隔板与所述半开放圆柱形内腔顶端之间留有顶部空间，形成途经其中一侧半圆柱形空间、顶部空间以及另一侧半圆柱形空间的冷却水通道。所述的半圆柱形冷却水通道结构简单，降低了探针制造难度，保障了冷却水流动的通畅性，提高了冷却水冷却效率，增加了探针使用的安全性。

所述的柱状热沉的外表面设有绝缘套或绝缘涂层。

所述的电信号导出端子与柱状热沉浑然一体，具有较好的电连通。

所述的绝缘管内部设有两个上下贯通的半圆柱形空间，且其与所述柱状热沉的两个半圆柱形空间连通。