超导托卡马克装置抽气系统上的尾气自动分离提纯系统的制作方法

本发明涉及真空技术及磁约束聚变技术领域，尤其涉及一种超导托卡马克装置抽气系统上的尾气自动分离提纯系统。

背景技术：

托卡马克装置是一种磁约束核聚变装置，它主要是利用强磁场把等离子体约束在真空室中的，为了保证反应的持续进行，必须通过抽气系统不断把杂质气体及未反应的工作气体及时的抽除，同时必须及时的通过充气口补充燃料气体，以保证反应的持续进行。目前east装置所采用的工作气体为氘气，实验中所产生的尾气均被排到空气中，而氘气是一种比较昂贵的气体，这种排气方法一方面浪费了大量的氘气，实验中产生的尾气也有可能对空气带来不良的影响。在未来的聚变反应堆中，由于采用的聚变材料为氚，其成本更高，且带有一定的放射性，肯定不能直排大气，必须进行尾气分离然后再利用，以最大限度的节约运行成本，同时避免对环境带来污染。

技术实现要素：

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种超导托卡马克装置抽气系统上的尾气自动分离提纯系统。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种超导托卡马克装置抽气系统上的尾气自动分离提纯系统，包括有初级储气罐、次级储气罐、抽气机组、低温泵、多孔气体分离室和真空腔体，所述的初级储气罐的出气口通过第一管道和第一阀门与所述的多孔气体分离室的进气口连接，第一管道的端部伸入到多孔气体分离室的底部，多孔气体分离室的抽气口通过第二阀门、第二管道和抽气机组与初级储气罐的进气口连接，所述的多孔气体分离室嵌套在真空腔体内且通过法兰一与下面的真空腔体连接，所述的低温泵的进气口通过第三阀门和第三管道与真空腔体的出气口连接，低温泵的出气口通过第四管道和第四阀门与所述的次级储气罐连接；所述的初级储气罐通过第一管道和第一阀门向多孔气体分离室内充气，所述的抽气机组通过第二管道和第二阀门把多孔气体分离室内的气体向初级储气罐转移，使多孔气体分离室内的气压保持在指定的气压值，所述的低温泵通过第三阀门和第三管道从真空腔体内抽除从多孔气体分离室泄露的气体，所述的低温泵在尾气分离完毕后回温，控制低温泵温度回温到氘气的沸点，则低温泵只会把吸附的氘气释放，其释放的气体通过第四阀门及第四管道向次级储气罐排放，完成气体分离及提纯。

所述的多孔气体分离室是一种四周开满孔阵的圆柱容器，多孔气体分离室上端设有法兰二，法兰二上端有两个开口，分别与多孔气体分离室的进气口和抽气口相连。

在所述的真空腔体上安装有真空规管。

所述的多孔气体分离室是一种四周开满1mm左右孔阵的圆柱容器，其法兰上端有两个开口，分别通过阀门与进气口和抽气口相连，而整个多孔气体分离室则通过法兰与下面的真空腔体连接，整个多孔气体分离室嵌套在真空腔体中。根据泄流原理，处于多孔气体分离室中的混合气体的小分子气体（主要是氘气）会通过小孔进入真空腔体从而被低温泵吸收，而大分子气体则留在多孔气体分离室中被抽气机组抽回初级储气罐。

所述的低温泵在尾气处理完毕后，关闭与真空腔体之间的进气阀，打开旁通阀，通过控制系统控制低温泵的再生温度，使其维持在氘气的沸点附近，则可以保证只有氘气被释放到次级储气罐。

本发明的优点是：（1）本发明采用泄流原理进行尾气自动分离的，选择适当的小孔尺寸和适当的工作气体压强，处于多孔气体分离室内的混合气体，由于泄流效应，小质量数分子很容易从小孔流出，而质量数大的气体分子不容易流出，因此可以方便的实现大质量数分子和小质量数分子的有效分离。

（2）本发明采用了两级分离提纯手段，第一次首先采用多孔分离室自动分离技术实现大小质量数分子的自动分离，第二次通过精确控制低温泵的再生温度来实现氘气的精确回温回收，可以很大程度上提高氘气的纯度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种超导托卡马克装置抽气系统上的尾气自动分离提纯系统，包括有初级储气罐1、次级储气罐2、抽气机组3、低温泵4、多孔气体分离室5和真空腔体6，所述的初级储气罐1的出气口通过第一管道7和第一阀门8与所述的多孔气体分离室5的进气口连接，第一管道7的端部伸入到多孔气体分离室5的底部，多孔气体分离室5的抽气口通过第二阀门9、第二管道10和抽气机组3与初级储气罐1的进气口连接，所述的多孔气体分离室5嵌套在真空腔体6内且通过法兰一与下面的真空腔体6连接，所述的低温泵4的进气口通过第三阀门11和第三管道12与真空腔体6的出气口连接，低温泵4的出气口通过第四管道13和第四阀门14与所述的次级储气罐2连接；所述的初级储气罐1通过第一管道7和第一阀门8向多孔气体分离室5内充气，所述的抽气机组3通过第二管道10和第二阀门9把多孔气体分离室5内的气体向初级储气罐1转移，使多孔气体分离室5内的气压保持在指定的气压值，所述的低温泵通过第三阀门11和第三管道12从真空腔体6内抽除从多孔气体分离室5泄露的气体，所述的低温泵4在尾气分离完毕后回温，控制低温泵温度回温到氘气的沸点，则低温泵只会把吸附的氘气释放，其释放的气体通过第四阀门及第四管道向次级储气罐排放，完成气体分离及提纯。

所述的多孔气体分离室5是一种四周开满孔阵的圆柱容器，多孔气体分离室上端设有法兰二，法兰二上端有两个开口，分别与多孔气体分离室的进气口和抽气口相连。

在所述的真空腔体6上安装有真空规管15。

所述的多孔气体分离室是一种四周开满1mm左右孔阵的圆柱容器，其法兰上端有两个开口，分别通过阀门与进气口和抽气口相连，而整个多孔气体分离室则通过法兰与下面的真空腔体连接，整个多孔气体分离室嵌套在真空腔体中。根据泄流原理，处于多孔气体分离室中的混合气体的小分子气体（主要是氘气）会通过小孔进入真空腔体从而被低温泵吸收，而大分子气体则留在多孔气体分离室中被抽气机组抽回初级储气罐。

所述的低温泵在尾气处理完毕后，关闭与真空腔体之间的进气阀，打开旁通阀，通过控制系统控制低温泵的再生温度，使其维持在氘气的沸点附近，则可以保证只有氘气被释放到次级储气罐。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种超导托卡马克装置抽气系统上的尾气自动分离提纯系统，初级储气罐通过管道以及充气阀向多孔气体分离室内充气，而抽气机组通过抽气管道以及抽气阀门把多孔气体分离室内的气体向初级储气罐转移，以使多孔气体分离室内的气压保持在指定的气压值，所述的低温泵通过阀门及连接管道从真空腔体内抽除从多孔气体分离室小孔泄露的气体，低温泵在尾气分离完毕后可以回温。本发明采用泄流原理进行尾气自动分离的，选择适当的小孔尺寸和适当的工作气体压强，处于多孔气体分离室内的混合气体，由于泄流效应，小质量数分子很容易从小孔流出，而质量数大的气体分子不容易流出，因此可以方便的实现大质量数分子和小质量数分子的有效分离。

技术研发人员：庄会东;张晓东;胡建生;陈鑫鑫
受保护的技术使用者：中国科学院合肥物质科学研究院
技术研发日：2019.03.01
技术公布日：2019.05.31