[发明专利]一种主动水冷离子吞噬器结构

摘要

本发明属于磁约束聚变装置高功率中性束注入(NBI)加热系统核心部件—高热负荷离子吞噬器的流体热交换结构和水路连接技术领域，具体涉及一种主动水冷离子吞噬器结构。由于偏转离子束流最高功率密度超过金属材料的极限功率负荷(2kW/cm2)，需要采用变化角度的V字形主动水冷板，增加束流吸收面积，并减小粒子动量对吞噬靶板的轰击。V字形结构离子吞噬器采用5块多孔水冷无氧铜板。芯部侧板的夹角为2×α，外部侧板的夹角为2×β。同一侧板与板之间采用串联水路，两侧板之间采用并联水路，套与套之间采用并联水路，吞噬器通过专用支架悬挂在注入器真空室前壁上。水路连接中既保证了高水压密封，还满足真空中水管接头的真空性能。

主权项

1.一种主动水冷离子吞噬器结构，应用于HL‑2M托卡马克装置第1条5MW‑NBI加热束线的主离子吞噬器，通过该主动水冷离子吞噬器结构吞噬由偏转磁体偏转的全能H1+或者D1+离子束；其特征在于：根据HL‑2M装置NBI加热束线的布局，主动水冷离子吞噬器结构包括4套离子吞噬器，4套离子吞噬器分为上下两层，每层分为左右两套；每套离子吞噬器采用5块主动水冷板组成V字形吞噬结构，包括4块V字形侧板和1块底板；底板的尺寸为30mm×268mm×455mm，通过专用支架悬挂设置在对应NBI加热束传输方向的真空室内壁上，并与真空室内壁所在平面相互垂直，用于吞噬偏转角小于180°的NBI加热束；4块V字形侧板组成的V形结构的V形截面与底板所在平面相互平行，V字形吞噬结构的开口位置对应离子源发射的偏转离子束的位置；V字形侧板和底板在V字形吞噬结构的开口位置处的面为轰击表面；上层两套离子吞噬器中，4块V字形侧板的上端与底板固定连接；下层两套离子吞噬器中，4块V字形侧板的下端与底板固定连接；4块V字形侧板包括两个芯部主动水冷板、两个外侧主动水冷板；两个芯部主动水冷板之间的夹角为α＝2×10°，每块芯部主动水冷板的尺寸为30mm×220mm×580mm；两个外侧主动水冷板之间的夹角为β＝2×15°，每块外侧主动水冷板的尺寸为30mm×220mm×580mm；每块芯部主动水冷板内沿长度为220mm的边长方向布置10根通径为6mm的并联冷却水道，相邻的两根并联冷却水道之间的距离为15mm，并联冷却水道与轰击表面的距离为5mm；10根并联冷却水道并接到芯部主动水冷板中通径为20mm的总水道上；每块外侧主动水冷板内沿长度为220mm的边长方向布置11根通径为6毫米的并联冷却水道，相邻的两根并联冷却水道之间的距离为15mm，并联冷却水道与轰击表面的距离为5mm；11根并联冷却水道并接到外侧主动水冷板中通径为20mm的总水道上；4块V字形侧板中处于同侧的一个芯部主动水冷板和一个外侧主动水冷板的总水道之间采用串接方式，串接水管的直径为25mm，设置在远离底板的一侧；串接后处于同侧的一个芯部主动水冷板和一个外侧主动水冷板分别在靠近底板的一侧通过直径为25mm的连接管与通径为50mm的支路连接；通径为50mm的支路与通径为80mm的主进水管和通径为80mm的主出水管连接；每块底板内沿长度为268mm的边长方向布置11根通径为6毫米的并联冷却水道，相邻的两根并联冷却水道之间的距离为15mm，并联冷却水道与轰击表面的距离为5mm；11根并联冷却水道并接到底板内通径为25mm的总水道；底板中的总水道与通径为50mm的支路连接；通径为50mm的支路与通径为80mm的主进水管和通径为80mm的主出水管连接。