[发明专利]一种自动杂质气体加速混合系统及气体加速混合控制方法

说明书

本发明属于核聚变等离子体控制技术，具体公开一种自动杂质气体加速混合系统及气体加速混合控制方法，系统包括两种送气气路和混合送气气路，送气气路包括减压阀、隔离阀、储气瓶、放气阀和抽气阀、送气阀和送气微调阀，以及截止阀；混合送气气路包括隔离阀、混合段气瓶、放气阀和抽气阀、送气阀和送气微调阀、差压压力计和安全阀。打开每一路气源，设定氘气压强值，使气体进入储气瓶后送气至截止阀，先打开压强小的送气气路中的截止阀，使气体在混合段气瓶均匀混合后经过安全阀流出。混合气体经由超声分子束喷出，通过分子碰撞过程，使得杂质分子被加速到千米量级，能够抵达等离子体截面边界内较深的台基区域，达到控制边缘局域模的效果。

技术领域

本发明属于核聚变等离子体控制技术，具体涉及一种应用于托卡马克装置中等离子体边缘局域模控制的自动杂质气体加速混合系统及气体加速混合控制方法。

背景技术

受控核聚变旨在彻底解决人类的能源问题。目前，托卡马克聚变装置运行在高约束模式(High Confinement mode,或者H模)下具有高能量收益和经济效益，托卡马克聚变装置的科学可行性也得到验证。因此，高约束模的实现和长期维持对聚变装置来说至关重要。但是，装置进入高约束模式后，伴随着边界台基区域的不稳定性(主要是边缘局域模)，这种不稳定性将向外大量喷射粒子和能量，并沉积在面向等离子的材料上，造成部件损坏，影响放电，因此必须对边缘局域模加以控制。

国际上针对边缘局域模的控制方法开展了大量的研究，杂质气体注入是其中一种。研究表明非活性杂质气体(除燃料气体以外的，在放电中都称为杂质气体，如氦、氖、氩、氪等气体)注入能影响等离子体边缘台基区域参数，从而影响边缘局域模。但是目前国际各装置均通过普通送气系统将杂质气体扩散进入装置，这样杂质气体速度低，难以到达等离子体较深的台基区域，而与边缘局域模直接作用。因此，实验过程往往需要的杂质气体量大才能对边缘局域模产生作用，而大量杂质气体注入会降低高约束模式的约束性能。因此，为了利用杂质气体控制边缘局域模同时维持高约束性能，需要灵活的杂质气体控制手段，使得杂质气体注入速度足够高，从而能达到等离子体台基区域，并且能够灵活控制杂质气体的量。

核工业西南物理研究院研制超声分子束加料专利技术(ZL.200510105647.1以及ZL.201310301066.x)能够使超声分子束加料的燃料氘气通常达到2000m/s的定向速度，但即使通过该系统注入的氖气，氪气等速度也仅百米每秒的量级，难以深入等离子体台基区。

发明内容

本发明的目的是提供一种自动杂质气体加速混合系统及气体加速混合控制方法。

本发明的技术方案如下：

一种自动杂质气体加速混合系统，包括A气送气气路和B气送气气路，以及将两路气路汇集的混合送气气路，所述的A气送气气路和B气送气气路结构相同，分别与气源连接，所述的A气送气气路上沿着气体输送的方向依次设有减压阀A、隔离阀A、储气瓶A、放气阀A和抽气阀A、送气阀A和送气微调阀A，以及截止阀A；所述的B气送气气路上沿着气体输送的方向依次设有减压阀B、隔离阀B、储气瓶B、放气阀B和抽气阀B、送气阀B和送气微调阀B，以及截止阀B；

A气送气气路和B气送气气路在各自的截止阀后端汇合，并且连接所述的混合送气气路，所述的混合送气气路包括沿着送气方向依次安装的隔离阀C、混合段气瓶、放气阀C和抽气阀C、送气阀C和送气微调阀C、差压压力计和安全阀；

所述的放气阀A和抽气阀A分别安装在与A气送气管路通过三通连接的两路支管上；所述的放气阀B和抽气阀B分别安装在与B气送气管路通过三通连接的两路支管上；

所述的差压压力计和安全阀、送气阀C和送气微调阀C、送气阀A和送气微调阀A、送气阀B和送气微调阀B，分别通过并联方式安装在所在管路上。

所述的放气阀A、抽气阀A、放气阀B、抽气阀B、放气阀C、抽气阀阀C均为常闭气动阀；