[发明专利]一种偏滤器第一壁的封闭式V型锐角结构

说明书

本发明公开了一种偏滤器第一壁的封闭式V型锐角结构，包括有靶板、返流板和冷却水管；所述的靶板和返流板为平板型结构，均包括依次相连的钨层、铜层、铬锆铜层、不锈钢层和不锈钢盖板，铬锆铜层、不锈钢层及不锈钢盖板组合形成具有超汽化冷却水道的热沉，在热沉内部铬锆铜层和不锈钢层加工出超汽化冷却水道，进出的冷却水管与超汽化冷却水道连通，形成冷却水道，靶板与返流板对接焊形成封闭式V型锐角结构，等离子体打击点在靶板和返流板之间灵活调整和控制，满足了等离子体位形灵活性需求。在封闭式V型锐角结构焊接区域，在热沉的铬锆铜侧，超汽化冷却水道由纯铬锆铜层逐渐过渡至铬锆铜及不锈钢的混合层，最后至纯不锈钢层。

技术领域

本发明涉及托卡马克聚变装置的偏滤器工程技术应用领域，主要涉及一种偏滤器第一壁的封闭式V型锐角结构。

背景技术

偏滤器作为托卡马克聚变装置内部的核心部件，其第一壁需承受来自芯部高能粒子的轰击，表面会形成几MW/m²到数十MW/m²的热负荷，这些能量被其内部的冷却水流带走，否则会影响偏滤器的正常运行，严重的可能会导致装置停机。

目前，成熟的偏滤器第一壁多采用分离式结构形式，如图1所示，具体分为内靶板、内返流板、拱板、外返流板和外靶板，如ITER偏滤器，其他装置的偏滤器第一壁多以此为基础进行布置，如EAST偏滤器。这种分离式结构意味着在各部件之间的分离口处需要用进出的水接头(水盒)连接，再利用冷却水流经各部件以使其冷却。由于靶板与刮削层(等离子体最外层封闭磁面和最外层开放磁面之间区域)相交而承受高热负荷，而等离子体运行时具有位形不稳定性，致使高能粒子很可能会轰击到分离口位置的水接头(水盒)，因水接头(水盒)的换热能力较差，此部分的热负荷承载能力相较于靶板常规位置低很多，不足以承受等离子体的轰击产生的热负荷，极易导致端头效应，进而限制了等离子体位形的灵活性调整。

发明内容

本发明从偏滤器第一壁结构上进行了优化，弥补了现有技术的不足。本发明的一种偏滤器第一壁的封闭式V型锐角结构，取消了分离口，避免了端头效应；靶板和返流板具有同样的结构参数，且在V型锐角结构区域也拥有同等换热能力，在满足等离子体位形灵活性调整的同时可以提高装置运行安全性。

本发明所采用的技术方案如下：一种偏滤器第一壁的封闭式V型锐角结构，包括有靶板、返流板和冷却水管；所述的靶板和返流板为平板型结构，均包括依次相连的钨层、铜层、铬锆铜层、不锈钢层和不锈钢盖板，铬锆铜层、不锈钢层及不锈钢盖板组合形成具有超汽化冷却水道的热沉，在热沉内部铬锆铜层和不锈钢层加工出超汽化冷却水道，进出的冷却水管与超汽化冷却水道连通，形成冷却水道，靶板与返流板对接焊形成封闭式V型锐角结构，等离子体打击点在靶板和返流板之间灵活调整和控制，满足了等离子体位形灵活性需求。

所述的靶板和返流板具有相同结构形式及参数，具有相同的排热能力，同时满足不同等离子体位形下打击点区域热承载能力需求。面对等离子体结构为钨层，其后的铜层为过渡层，铬锆铜层为热传导层，不锈钢层为结构层，不锈钢盖板为超汽化冷却水道盖板。

所述的靶板和返流板的钨层处于V型锐角结构的内侧，且在V型锐角结构根部有二者的重叠区域，以保证等离子体打击点区域全部被钨层所覆盖，等离子体可以被完全拦截。靶板和返流板的不锈钢盖板处于V型锐角结构的外侧，并在端部开有进出冷却水管接口，以保证第一壁得到最大范围冷却。

所述的超汽化冷却水道覆盖铬锆铜层、不锈钢层和不锈钢盖板；在V型锐角结构焊接区域的铬锆铜侧，超汽化冷却水道由纯铬锆铜层逐渐过渡至铬锆铜和不锈钢的混合层，最后过渡至纯不锈钢层；在不锈钢盖板与不锈钢层密封焊接后形成完整的超汽化冷却水道，在面向等离子体位形线的一侧超汽化冷却水道内即铬锆铜层和不锈钢层内部加工有很多凹槽。所述的铬锆铜层和不锈钢层为已通过相关工艺(如爆炸焊)预先成型的复合板，之后在其内部加工凹槽，铬锆铜层提供高效热传导，不锈钢层提供结构强度。在V型锐角结构焊接区域从铬锆铜层逐渐过渡至纯不锈钢层的原因是避免不同材料间的焊接缺陷发生，且纯不锈钢层焊接可以为靶板和返流板之间的焊接界面获得更高的焊接强度。