[发明专利]一种应用于聚变堆装置内部部件的综合监测与诊断系统

说明书

本发明公开了一种针对聚变堆装置内部部件的综合监测与诊断系统，包括状态监测系统、等离子体诊断系统、温度监测系统、数据处理系统。其中状态监测系统包括电阻应变片、光纤光栅传感器；温度监测系统包括光纤光栅温度传感器、热电偶；等离子体诊断系统包括主动水冷朗缪尔探针、表面热电偶；数据处理系统接收与处理状态监测系统、温度监测系统、等离子体诊断系统采集的数据，并提供综合对比、辅助分析。本发明覆盖了聚变堆装置内部部件几乎所有关键位置，根据到等离子体的距离，对这些部件形成了多层次、全面的状态（应变、位移、振动等）、温度监测和边界等离子体诊断。

技术领域

本发明涉及聚变堆部件监测与等离子体诊断系统研究领域，具体是一种应用于聚变堆装置内部部件的综合监测与诊断系统。

背景技术

托卡马克等聚变堆装置的真空室、结构框架、偏滤器、包层等内部部件工作环境非常恶劣。它们不仅需要在高真空、高温、强电磁场中工作，同时还受到来自等离子体的高能粒子流的溅射的影响，其中产生的热应力、电磁力以及高能粒子辐照，是这些部件安全、稳定运行的极大威胁。在一些大型、复杂装置中，为了装置的安全运行通常都会开发、安装针对部件的状态检测与诊断系统。但是在聚变装置中，因为受制于它们所处的极端环境，目前开展的内部部件状态监测系统相对较少，导致部件只有在运行中出现问题以后才被发现，从而不得不中止实验进行紧急抢修，影响了装置的科研进程。另外，随着聚变研究工作的不断推进，现有的诊断技术越来越难以满足放电实验下的诊断需求。一般而言，部件上的应力应变大小以及温度高低是判断其是否能保持正常、稳定工作的关键参数。 一方面，像X射线衍射、中子衍射、有限元计算软件等这些应变测量和应力分析的方法，一般只能在实验平台上适用，并作为预研工作的一部分，而直接在装置内部通过搭建、安装部件的应变监测系统，对部件进行诊断的工作，却少有出现。另一方面，对于部件的温度监测与诊断，国际上目前用得最多的是热电偶，然而托卡马克中的热电偶测温有两个重大缺陷，一是其电信号极易受到电磁场干扰，二是其尖端感温点很容易受到扰动而接触不良导致测温不准。最后，对于传统的朗缪尔探针，在聚变等离子体中是很容易发生烧蚀损坏掉的，从而难以长时间稳定工作，现有的一些新型探针也不具有在长脉冲、高参数放电下长时间稳定工作的能力。

在这样的背景条件下，如果能在偏滤器等聚变堆装置内部部件上集成一套由部件状态（比如应变、位移、振动等）监测、温度监测和先进等离子体诊断所组成的综合监测与诊断系统，不仅可以在部件的运行过程中，监测到局部过热和应变过大的现象从而防患于未然；还能通过这些应变、温度数据分析部件的受力、受热情况来计算部件表面等离子体热流，通过等离子体参数分析放电实验中的各种规律，有助于研究实验中关于等离子体与部件之间相互作用的物理问题；更可在未来偏滤器的新设计、再优化中提供重要的参考。因此，这种应用于聚变堆装置内部部件的综合监测与诊断系统对于托卡马克装置运行以及可控核聚变的研究发展来说都具有重要的意义。

发明内容 本发明的目的是提供一种应用于聚变堆装置内部部件的综合监测与诊断系统，以实现对聚变堆装置内部部件的监测和等离子体诊断。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种应用于聚变堆装置内部部件的综合监测与诊断系统，其特征在于：包括状态监测系统、温度监测系统、等离子体诊断系统、数据处理系统，其中：

1）状态监测系统包括电阻应变片、光纤光栅传感器，安装于内部部件背离等离子体的一侧。其中电阻应变片安装于内部部件背面各个零部件的连接、焊接点位置，用于监测不同零部件之间的表面应变、受力情况，光纤光栅传感器安装于内部部件背面各个部件单元的平坦位置，用于监测各个单元模块自身的表面应变、受力、振动等情况；

2）温度监测系统包括热电偶、光纤光栅温度传感器，安装于内部部件上靠近等离子体打击面的近表面。其中多个热电偶用于监测多个测点的温度，光纤光栅温度传感器用于监测一条线路上的多个测点的温度；