[发明专利]一种实现选择性抽气与再生的双级低温泵及其吸附再生方法

说明书

本发明公开一种实现选择性抽气与再生的双级低温泵，涉及低温真空技术领域，本发明包括一级泵体、二级泵体和推动单元，一级泵体与二级泵体连通，推动单元包括一级推动单元和二级推动单元。本发明还提供采用上述低温泵的吸附再生方法。本发明的有益效果在于：一级泵体和二级泵体分别为独立空间，能够实现不同级之间的选择性吸气和独立再生，避免了传统整体式再生带来的升温、降温慢的缺点，为实现聚变堆低温泵的快速再生提供了有力支撑。

技术领域

本发明涉及低温真空技术领域，具体涉及一种实现选择性抽气与再生的双级低温泵及其吸附再生方法。

背景技术

真空抽气系统是聚变实验装置以及未来聚变反应堆上的关键系统，对于提高聚变等离子体运行参数及运行时间具有重要意义。低温泵具有复杂环境适应性强、对氢、氦抽速大等显著优点，能够满足等离子体运行期间的抽气要求并且对聚变装置的背景磁场、中子辐照具有良好的耐受能力。在ITER、EAST、JET等国际著名大型聚变实验装置上都采用低温泵进行等离子体抽气。

基于上述诸多优点，低温泵成为未来聚变堆最有前景的堆芯真空抽气系统的主泵形式。在聚变堆上低温泵的主要气体负载是未燃烧的氘氚燃料、聚变反应产物氦气以及其它杂质气体。聚变堆低温泵通过低温吸附或低温冷凝的形式将氘氚及杂质气体排出堆芯等离子体并储存在泵体中，当氘氚在低温泵内的含量达到一定极限后，必须将低温泵与堆芯等离子体隔断，并通过加热的方式将吸附及冷凝的氘、氚、氦以及其它杂质气体解吸并排出泵体，这个过程称之为低温泵再生。在聚变堆上安装多台低温泵，多台低温泵不断交替工作与再生，可实现聚变等离子体稳态运行。为了保障等离子体稳态运行并尽量减少低温泵的总数，对低温泵的再生时间要求严格，以ITER为例，低温泵的再生时间不高于10分钟，这与需要数小时再生时间的商业低温泵形成显著对比，成为低温泵设计的难点之一。低温泵再生过程中所解吸的氘氚及氦气等混合气体被排入聚变堆氚工厂中进行一系列的分离与提纯处理流程，提纯后的氘氚燃料经过聚变堆加料系统再次送入堆芯等离子体中参与聚变反应。

上述低温泵及再生流程设计需要庞大的氚工厂，氚在氚工厂中的繁冗处理流程会引起高氚滞留及氚损耗，不利于聚变堆运行效率及经济性。如果在低温泵的再生过程中能实现氘氚燃料与氦气等聚变废气的初步分离，便可以降低氘氚在氚工厂中的通量，不仅可以缩小氚工厂的规模，降低聚变堆对氚的需求总量；同时经过低温泵再生分离的氘氚能直接进入聚变堆加料系统，随后被送入堆芯等离子体中参加反应，从而显著缩短氚的循环路径，降低氚的损耗。可见，在堆芯低温泵内实现氘氚与氦气的分离对于提高聚变堆运行经济性具有显著作用。

公开号为CN107993733A的专利公开一种聚变堆放射性尾气的三级低温泵处理装置及处理方法，但是该专利中的一级冷板、二级冷板和三级冷板均位于同一个辐射屏蔽箱内，无法实现不同级之间的选择性吸气和独立再生。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于现有的低温泵处理装置无法实现不同级之间的选择性吸气和独立再生，提供一种实现选择性抽气与再生的双级低温泵及其吸附再生方法。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题：

本发明提供一种实现选择性抽气与再生的双级低温泵，包括一级泵体、二级泵体和推动单元，所述一级泵体与二级泵体连通，所述推动单元包括一级推动单元和二级推动单元；

所述一级泵体包括一级泵壳、一级阀门和一级低温冷板，所述一级泵壳上设有一级通孔，所述一级阀门盖合在一级通孔上，所述一级低温冷板位于一级泵壳内，所述一级推动单元与一级阀门连接，所述一级推动单元来回推动致使一级阀门开启或闭合；所述一级低温冷板的温度降低，致使气体冷凝，所述一级低温冷板的温度升高，致使气体解吸；所述一级泵壳上设有一级再生排气口；