專利名稱：托卡馬克裝置強(qiáng)場(chǎng)側(cè)掃描探針系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于托卡馬克裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種托卡馬克裝置強(qiáng)場(chǎng)側(cè)掃描探 針系統(tǒng)。利用托卡馬克裝置強(qiáng)場(chǎng)側(cè)的環(huán)向磁場(chǎng)為否(縱場(chǎng))和觸發(fā)電流為I的脈沖電流通 過(guò)垂直于環(huán)向磁場(chǎng)的線圈時(shí)，線圈框架繞軸旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的力F來(lái)帶動(dòng)探針組件沿環(huán)向掃描 等離子體邊緣區(qū)，測(cè)量強(qiáng)場(chǎng)側(cè)磁分界面內(nèi)外等離子體參數(shù)、流速、粒子通量以及湍流的極向 和環(huán)向模數(shù)對(duì)稱性和徑向傳播，研究等離子體輸運(yùn)和約束特性。
背景技術(shù)：
等離子體微湍流能引起粒子和能量的反常輸運(yùn)。邊緣等離子體的性質(zhì)對(duì)整體的等 離子體的約束性能起至關(guān)重要的作用，而邊緣區(qū)域的粒子和能量輸運(yùn)過(guò)程主要是由靜電漲 落引起的。因此，理解邊緣靜電漲落的性質(zhì)和物理機(jī)制對(duì)改善等離子體整個(gè)約束性能有著 重要的意義。目前，國(guó)際上對(duì)托卡馬克裝置強(qiáng)場(chǎng)側(cè)邊緣等離子體參數(shù)的測(cè)量和研究甚少， Alcator C-Mod裝置開(kāi)展了強(qiáng)場(chǎng)側(cè)刮離層(SOL)的等離子體參數(shù)和平行流流速的研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種開(kāi)展強(qiáng)場(chǎng)側(cè)邊緣等離子體參數(shù)、流速、輸運(yùn)、湍流擾 動(dòng)、高頻湍流的極向和環(huán)向模數(shù)對(duì)稱性和徑向傳播以及它們的三維空間結(jié)構(gòu)研究的托卡馬 克裝置強(qiáng)場(chǎng)側(cè)掃描探針系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案一種托卡馬克裝置強(qiáng)場(chǎng)側(cè)掃描探針系統(tǒng)，軸通過(guò)軸 承、軸承套裝配到固定支架上，線圈及線圈框架和探針固定架連接管分別裝配到軸上，線圈 及線圈框架平面與探針固定架連接管軸向相互垂直；探針固定架連接管上設(shè)有探針固定 架，探針固定架上設(shè)有探針插座，探針插座上設(shè)有探針，探針?lè)謨山M，一組沿環(huán)向布置、另一 組沿極向布置，與探針連接的引線通過(guò)探針固定架連接管引出。進(jìn)一步所述在固定支架橫向上設(shè)有限位開(kāi)關(guān)固定板，固定板上設(shè)有限位開(kāi)關(guān)，限 位開(kāi)關(guān)延伸至線圈及線圈框架。進(jìn)一步所述在固定支架縱向上設(shè)有光柵尺。進(jìn)一步所述熱解石墨材料制成的探針。進(jìn)一步所述在固定支架上設(shè)有屏蔽擋板。本發(fā)明的有益效果(1)極向和環(huán)向兩組探針陣列的探針處在同一磁面上，即安 裝在強(qiáng)場(chǎng)側(cè)掃描探針機(jī)構(gòu)上的任何探針組件的徑向方向某一探針可保證處在同一磁面上， 為大尺度的相關(guān)測(cè)量提供保障；(2)采用熱解石墨材料制成的探針，全屏蔽式的熱解石墨 保護(hù)套結(jié)構(gòu)，因熱解石墨材料純度高、濺射小、使用壽命長(zhǎng)，對(duì)等離子體的污染小，測(cè)量的 等離子體邊緣參數(shù)分布數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠；(3)采用數(shù)字光柵位移可自動(dòng)測(cè)量和控制運(yùn)動(dòng)位移 量，以確定探針的空間位置，其位移分辨率達(dá)到了 0. 04mm ； (4)整套系統(tǒng)安裝了防護(hù)的屏蔽 擋板，除周邊有擋板外，上面也有部分擋板，減小了對(duì)主等離子體的污染，延長(zhǎng)了使用壽命，確保了測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。信號(hào)的數(shù)據(jù)采集頻率為1MHz，精度為14比特。它可在受控核聚變研究裝置一次放電中同時(shí)測(cè)量出邊緣電子溫度、密度、電位和 電場(chǎng)的分布，它們?cè)谶吘壩锢硌芯恐惺菢O其重要的參數(shù)。可以研究從刮離層到磁分界面之 間的等離子體輸運(yùn)機(jī)制；研究中性粒子密度及其分布對(duì)L-H模轉(zhuǎn)換功率閾值和邊緣臺(tái)基結(jié) 構(gòu)的影響；研究漲落的抑制和邊緣輸運(yùn)壘的形成；研究極向旋轉(zhuǎn)和壓強(qiáng)梯度的作用；研究 環(huán)向旋轉(zhuǎn)和刮削層環(huán)向流對(duì)H模功率閾值的重要影響；研究邊緣等離子體徑向電場(chǎng)剪切、 湍流和帶狀流特性隨加熱功率變化的規(guī)律。


圖1為本發(fā)明的一種托卡馬克裝置強(qiáng)場(chǎng)側(cè)掃描探針系統(tǒng)的剖視圖；圖2為圖1的線圈及其線圈框架5與探針固定架連接管3安裝位置、控制機(jī)構(gòu)安 裝位置示意圖。圖中1.軸用卡圈；2.探針固定架；3.探針固定架連接管；4.軸套；5.線圈及其線圈框 架；6.軸；7.固定支架；8.軸承；9.引線；10.探針插座；11.限位開(kāi)關(guān)固定板；12.限位開(kāi) 關(guān)；13.光柵尺。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1、2所示，托卡馬克裝置強(qiáng)場(chǎng)側(cè)掃描探針系統(tǒng)，包括支架、探針機(jī)構(gòu)和控制機(jī) 構(gòu)兩部分構(gòu)成。其中探針機(jī)構(gòu)，包括軸用卡圈1、探針固定架2、探針固定架連接管3、軸套4、線圈 及其線圈框架5、軸6、固定支架7、軸承8，引線9和探針插座10。探針固定架連接管3呈 圓筒狀，并在其圓筒壁上中部開(kāi)設(shè)徑向通孔。探針固定架2呈端塞狀，探針固定架2的一端 插入探針固定架連接管3 —端內(nèi)，探針固定架2與探針固定架連接管3連接，探針插座10 插入探針固定架2的另一端。熱解石墨材料制成的探針通過(guò)探針插座10固定在探針固定 架2頂蓋上，探針?lè)謨山M，一組水平垂直探針固定架2軸線沿環(huán)向布置、另一組上下垂直探 針固定架2軸線極向布置，探針插座10的左端連接引線9。線圈及其線圈框架5中部為圓 柱、徑向外延長(zhǎng)條的擺針狀，線圈及其線圈框架5中部圓柱開(kāi)有軸向通孔。將軸6插入線圈 及其線圈框架5的軸向通孔，在線圈及其線圈框架5外側(cè)的軸6上分別安裝中、下部軸套4， 中部軸套4的一側(cè)軸6插入探針固定架連接管3的徑向通孔，線圈及其線圈框架5的平面 與探針固定架連接管3的軸線相互垂直，呈90度角，并在其外側(cè)的軸6上安裝上部軸套4。 固定支架7為兩塊帶外沿的支板，固定支架7的兩支板上開(kāi)設(shè)有徑向通孔，將組裝后的軸6 的兩端分別通過(guò)軸承8裝配到固定支架7的徑向通孔中，軸用卡圈1安裝在固定支架7外 部軸6的兩端上，軸用卡圈1將軸6卡緊，防止其軸向竄動(dòng)。引線9從探針固定架連接管3 穿過(guò)，沿軸6兩側(cè)通過(guò)延伸出探針固定架連接管3外部。其中控制機(jī)構(gòu)，包括限位開(kāi)關(guān)固定板11、限位開(kāi)關(guān)12和光柵尺13。限位開(kāi)關(guān)固定 板11沿橫向固定在固定支架7的一側(cè)支板上，限位開(kāi)關(guān)12安裝在限位開(kāi)關(guān)固定板11的兩 端上，并且限位開(kāi)關(guān)12延伸到線圈及其線圈框架5軸線處，光柵尺13沿縱向固定在固定支架7的另一側(cè)支板上。屏蔽擋板是安裝在固定支架7外沿上的安裝螺釘外的端面上，用螺釘固定在支架 7上。使用時(shí)通過(guò)固定支架7外沿上的安裝螺釘將整個(gè)系統(tǒng)固定在托卡馬克裝置的真 空室內(nèi)壁上。整套系統(tǒng)安裝了防護(hù)的屏蔽擋板，除周邊有擋板外，上面也有部分擋板。工作過(guò)程在HL-2A裝置運(yùn)行期間，裝置的強(qiáng)場(chǎng)側(cè)便存在很強(qiáng)的環(huán)向磁場(chǎng)云(縱 場(chǎng))，當(dāng)線圈的觸發(fā)信號(hào)觸發(fā)后，電流I通過(guò)線圈，線圈框架繞軸旋轉(zhuǎn)而帶動(dòng)探針組件旋轉(zhuǎn) 掃描過(guò)等離子體邊緣。利用限位開(kāi)關(guān)來(lái)控制通過(guò)線圈的電流I斷開(kāi)，線圈框架繞軸旋轉(zhuǎn)停 止，然后切換通過(guò)線圈的電流I方向，探針組件便返回旋轉(zhuǎn)掃過(guò)等離子體邊緣。實(shí)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn) 探針組件的掃描過(guò)程，從而測(cè)量了 HL-2A裝置強(qiáng)場(chǎng)側(cè)的的邊緣等離子體參數(shù)和特性及其徑 向分布。測(cè)量探針在強(qiáng)場(chǎng)側(cè)等離子體邊緣的徑向位置變化是通過(guò)同步移動(dòng)的光刪尺來(lái)指示。本發(fā)明的托卡馬克裝置強(qiáng)場(chǎng)側(cè)掃描探針系統(tǒng)可以直接測(cè)量強(qiáng)場(chǎng)側(cè)邊緣等離子體 懸浮電位、電場(chǎng)和密度擾動(dòng)的低頻和測(cè)地聲模帶狀流、準(zhǔn)相關(guān)模和高頻湍流的極向和環(huán)向 模數(shù)對(duì)稱性和徑向傳播，以及三維空間結(jié)構(gòu)。計(jì)算電場(chǎng)和EXB速度的三維分布。在HL-2A 實(shí)驗(yàn)期間，該設(shè)備投入使用，可獲得許多重要實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，特別是可在一次放電中測(cè)量出強(qiáng)場(chǎng) 側(cè)邊緣等離子體參數(shù)的時(shí)空分布?？稍贖L-2A裝置同時(shí)觀測(cè)到對(duì)應(yīng)于電位、電場(chǎng)和密度擾 動(dòng)的極向和環(huán)向模數(shù)對(duì)稱性(m 0-1，η 0)以及低頻和測(cè)地聲模帶狀流、準(zhǔn)相關(guān)模和高 頻湍流的極向和環(huán)向模數(shù)徑向傳播和三維空間結(jié)構(gòu)分布。它們?cè)谘芯康入x子體邊緣物理中 起了相當(dāng)重要的作用。為聚變等離子體的反常輸運(yùn)機(jī)理研究提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)，為國(guó)際熱核反 應(yīng)堆(ITER)實(shí)驗(yàn)提供數(shù)據(jù)資料和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。
權(quán)利要求
1.一種托卡馬克裝置強(qiáng)場(chǎng)側(cè)掃描探針系統(tǒng)，其特征在于軸通過(guò)軸承、軸承套裝配到 固定支架上，線圈及線圈框架和探針固定架連接管分別裝配到軸上，線圈及線圈框架平面 與探針固定架連接管軸向相互垂直；探針固定架連接管上設(shè)有探針固定架，探針固定架上 的探針插座設(shè)有探針，探針?lè)謨山M，一組沿環(huán)向布置、另一組沿極向布置，與探針連接的引 線通過(guò)探針固定架連接管引出。
2.如權(quán)利要求1所述的一種托卡馬克裝置強(qiáng)場(chǎng)側(cè)掃描探針系統(tǒng)，其特征在于在固定 支架橫向上設(shè)有限位開(kāi)關(guān)固定板，固定板上設(shè)有限位開(kāi)關(guān)，限位開(kāi)關(guān)延伸至線圈及線圈框架。
3.如權(quán)利要求1所述的一種托卡馬克裝置強(qiáng)場(chǎng)側(cè)掃描探針系統(tǒng)，其特征在于在固定 支架縱向上設(shè)有光柵尺。
4.如權(quán)利要求1所述的一種托卡馬克裝置強(qiáng)場(chǎng)側(cè)掃描探針系統(tǒng)，其特征在于熱解石 墨材料制成的探針。
5.如權(quán)利要求1所述的一種托卡馬克裝置強(qiáng)場(chǎng)側(cè)掃描探針系統(tǒng)，其特征在于在固定 支架上設(shè)有屏蔽擋板。
全文摘要
本發(fā)明屬于托卡馬克裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種托卡馬克裝置強(qiáng)場(chǎng)側(cè)掃描探針系統(tǒng)。解決托卡馬克裝置強(qiáng)場(chǎng)側(cè)邊緣等離子體參數(shù)的測(cè)量問(wèn)題。軸通過(guò)軸承、軸承套裝配到固定支架上，線圈及線圈框架和探針固定架連接管分別裝配到軸上，線圈及線圈框架平面與探針固定架連接管軸向相互垂直；探針固定架連接管上設(shè)有探針固定架，探針固定架上設(shè)有探針插座，探針插座上設(shè)有探針，探針?lè)謨山M，一組沿環(huán)向布置、另一組沿極向布置，與探針連接的引線通過(guò)探針固定架連接管引出。采用熱解石墨材料制成的探針，采用數(shù)字光柵位移可自動(dòng)測(cè)量和控制運(yùn)動(dòng)位移量。它可在受控核聚變研究裝置一次放電中同時(shí)測(cè)量出邊緣電子溫度、密度、電位和電場(chǎng)的分布，它們?cè)谶吘壩锢硌芯恐惺菢O其重要的參數(shù)。
文檔編號(hào)G01R29/12GK102109547SQ200910259798
公開(kāi)日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2009年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月24日
發(fā)明者嚴(yán)龍文, 洪文玉 申請(qǐng)人:核工業(yè)西南物理研究院