[发明专利]用于中性束注入系统的低温泵组件运行控制方法

说明书

本发明公开用于中性束注入系统的低温泵组件运行控制方法，低温泵组件包括液氮杜瓦、液氦杜瓦、分子泵、罗茨泵、低温泵、温度测量控制装置，所述液氮杜瓦与低温泵内防辐射挡板连接，所述液氦杜瓦与所述低温泵内低温吸附面连接，低温吸附面上具有活性炭和加热丝，温度测量控制装置连接加热丝，分子泵、罗茨泵分别与低温泵连接；包括以下步骤：降温；稳态运行；再生过程；回温。本发明的有益效果：通过降温、稳态运行、再生、回温四个过程的控制来实现低温吸附泵高效稳定安全的运行，解决现有技术中没有适应于中性束注入系统的低温泵组件运行控制的方法。

技术领域

本发明涉及一种中性束注入系统技术领域，尤其涉及的是一种用于中性束注入系统的低温泵组件运行控制方法。

背景技术

中性束注入系统是一个复杂而分散的托卡马克注入加热装置，包括注入器系统、真空系统、电源系统、连锁保护系统、束诊断系统和控制系统等。其中，注入器系统由强流离子源、中性化室、偏转磁铁、离子吞食器、束流限制靶、漂移段、功率测量靶和真空室组成。对注入器来说，最重要的是产生高能粒子的离子源和将高能粒子中性化的中性化室。实验中，强流离子源利用大电流气体放电产生初始等离子体，温度一般只有几个电子伏，密度大约1019m-³。初始等离子体中的离子经过精心设计的电极结构而得到加速(20～200keV)。加速后的高能离子再经过中性化室，从中性化室气体中捕获电子而变成高能中性粒子。从中性化室出来的粒子流中除了高能中性粒子外还有部分尚未捕获电子的高能离子和再电离产生的高能离子，这些离子经过偏转磁铁时发生偏转，进入离子吞食器。从真空室出来的中性束经过漂移段后注入等离子体。

中性束注入系统的真空性能的优劣关系着束传输效率的高低并影响到整个束线内其他部件的使用寿命与使用安全；真空系统是中性束注入系统中非常重要的一个子系统；当前，大都采用低温泵系统作为主抽气泵。

上一代装置EAST采用的是低温冷凝泵；而下一代可控核聚变装置CFETR的低温泵验证样机包括依次连接的束源真空室、束源真空隔断阀、中性化器、电偏转器、低温泵组、功率测量靶、束线真空室、高真空阀等，其中低温泵组件位于中性化器、电偏转器、功率测量靶的两侧，呈8*2.7*0.35m的板状结构，低温泵组采用基于吸附原理，与上一代装置EAST采用的低温冷凝泵有了根本上区别，CFETR中性束注入系统验证样机的工作脉冲宽度、束能量和气体负载等相较于EAST要求更高，工作脉冲宽度3600S，束能量200KeV。上一代装置采用冷凝吸附，其工作状态容易在5K-10K之间波动，不稳定，不能有效的吸附,低温冷凝原理下，氢气需低于3.8K，稳定环境下才能有效抽除，对抽氢气更是无能为力，而低温吸附泵，在活性炭的作用下，低于5K的环境就能有效抽氢气和氦气，下一代可控核聚变装置CFETR的低温泵验证样机，加入活性炭实现吸附，可以实现在低于5K的环境下，有效吸附氢气和氦气，从而达到抽除的目的。

如申请号：201410075005.0一种低温泵，具备：低温板；低温泵容器，容纳所述低温板；及控制部，构成为为了所述低温板的再生而控制所述低温泵容器的排气和向所述低温泵容器的吹扫气体的供给，所述控制部执行如下工序：第1粗抽及吹扫工序，包括在第1压力范围内交替进行所述低温泵容器的第1排气和所述吹扫气体的供给；及第2粗抽及吹扫工序，包括交替进行使所述低温泵容器排气直至低于所述第1压力范围的低压区域的第2排气和所述吹扫气体的供给，所述第2粗抽及吹扫工序包括如下步骤：在所述低压区域至少判定一次是否结束所述第2粗抽及吹扫工序；及在首次判定是否结束所述第2粗抽及吹扫工序之前，向所述低温泵容器供给吹扫气体。

该专利虽然利用了活性炭进行吸附，然而中性束注入系统的复杂性，现有市面上的普通的采用活性炭吸附的低温泵无法满足中性束注入系统的工作要求。

低温泵组件运行过程中为保证安全、稳定、高效运行，需要设计一套运行控制方法，保证运行过程中管道压力、气体浓度等在安全范围内，运行过程高效进行；且世界范围内此相似参数指标下的低温泵组件运行过程控制尚无成熟的研究。