[发明专利]一种负氢离子源系统

说明书

本发明公开了一种负氢离子源系统。该系统包括：等离子体产生装置和负氢离子引出装置；等离子体产生装置的等离子体出射口处设置负氢离子引出装置；负氢离子引出装置包括外壳、过滤磁场产生装置和扩散区；外壳内设置扩散区；外壳包括金属侧壁和金属顶面；金属顶面为静磁屏蔽面；金属顶面开设有等离子体通道；等离子体产生装置产生的等离子体从等离子体通道进入扩散区的顶部，并从扩散区的底部引出负氢离子；过滤磁场产生装置设置在金属侧壁的外部且位于扩散区的底部。本发明能够在冷却扩散区的电子的同时，避免等离子体产生装置内放电源区等离子体密度的降低。

技术领域

本发明涉及负氢离子源领域，特别是涉及一种负氢离子源系统。

背景技术

能源问题正日益得到重视，而磁约束核聚变被认为是未来解决人类能源危机的最佳方案之一。为了早日实现这一目标，国际上正在建设国际热核反应实验堆(International ThermonuclearExperimental Reactor，ITER)，而我国也正在规划建设中国核聚变工程实验堆(Chinese Fusion Engineering Test Reactor，CFETR)。面向未来的大型聚变装置的基本目标都是达到聚变点火条件并实现稳态运行，以开展燃烧等离子体物理和工程技术实验研究。高能量(离子能量在MeV量级)、准稳态(注入时间3600s)的中性束注入系统是大型聚变装置实现高参数和高约束模式运行的必要条件之一。国内外学者研究发现，发展高能量长脉冲的基于柱面线圈射频负氢离子源技术的中性束注入系统，是满足磁约束核聚变芯部等离子体加热需求的必然选择。

然而，基于柱面线圈射频负氢离子源的中性束注入系统的技术极为复杂，在世界范围内尚未有成功研制的先例。要实现这一目标需要解决两个关键问题：(1)在放电源区产生高密度的等离子体，尤其是高密度的电子、高振动激发态的氢分子、氢正离子和氢原子；(2)在扩散区底部(引出栅极上方)存在高密度的低能电子(小于2eV)或器壁表面能够逃逸出大量的低能电子。为了解决这两个问题，通常在柱面线圈负氢离子源的扩散区底部施加一个横向的过滤磁场，用来约束低能电子，降低该区域的电子温度。然而，研究发现，该过滤磁场不仅降低了电子温度，也降低了放电源区的等离子体密度。而大功率负氢离子源，就是保证较高的等离子体密度才足以产生足够的负氢离子用以引出。因此，目前的负氢离子源系统存在过滤磁场冷却电子的同时降低了等离子体密度的问题。

发明内容

基于此，本发明实施例提供一种负氢离子源系统，能够在冷却扩散区的电子的同时，避免放电源区等离子体密度的降低。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种负氢离子源系统，包括：等离子体产生装置和负氢离子引出装置；所述等离子体产生装置的等离子体出射口处设置所述负氢离子引出装置；

所述负氢离子引出装置包括外壳、过滤磁场产生装置和扩散区；

所述外壳内设置所述扩散区；所述外壳包括金属侧壁和金属顶面；所述金属顶面为静磁屏蔽面；所述金属顶面开设有等离子体通道；所述等离子体产生装置产生的等离子体从所述等离子体通道进入所述扩散区的顶部，并从所述扩散区的底部引出负氢离子；所述过滤磁场产生装置设置在所述金属侧壁的外部且位于所述扩散区的底部。

可选的，所述金属顶面的材料为相对磁导率不小于4000的磁性材料。

可选的，所述金属顶面包括第一顶面和覆盖在所述第一顶面上的第二顶面；所述第一顶面的材料为不锈钢；所述第二顶面的材料为相对磁导率不小于4000的磁性材料。

可选的，所述金属顶面的材料为纯铁。

可选的，所述第二顶面的材料为纯铁。

可选的，所述等离子体产生装置包括：放电源区、石英桶、射频线圈、金属密封件和法拉第屏蔽罩；