一种高功率长脉冲中性束注入器真空室的制作方法

本发明属于真空室领域，具体涉及一种高功率长脉冲中性束注入器真空室。

背景技术：

中性束(nbi)注入加热是磁约束聚变实验装置主要的辅助加热方式之一，国际上主要的大中型托卡马克都配备了较强的中性束系统。随着聚变实验装置的扩大以及聚变等离子体实验研究的深入，中性束加热系统要求的注入功率、束粒子能量以及束脉冲宽度不断提高，由此带来的工程技术难度也不断增加。为了实现hl-2a装置升级改造后的hl-2m装置的物理目标，需要研制3条新的nbi束线，每条nbi加热束线功率达到5mw。

中性束注入器不同部位对真空度要求不一样，靠近聚变实验装置一端的束漂移段的真空度需要与聚变实验装置内真空度在同一量级，一般在10^-5pa～10^-6pa量级；而为将来自离子源的高能离子束进行中性化，中性化室的真空度需要维持在10^-1pa量级。为此，目前聚变实验装置的中性束注入器真空室主要采用差分式结构，沿中性束注入方向依次将真空室分为3段：中性化室段、主真空室段和束漂移段。在主真空室段配置高抽速真空泵，使该段真空室的真空度处于10^-3pa～10^-4pa量级。

目前，聚变实验装置中性束注入器的主真空室主要采用圆形腔体和方形腔体，圆形腔体的主真空室制造简单，在相同壁厚下强度较方形腔体强，因此整体重量要轻；方形腔体的真空室，由于各表面均为平面，对中性束注入器内部部件的安装精度要求低，中性束的对中难度更低。hl-2a装置的2条中性束的主真空室采用方形结构，升级后hl-2m装置的5mw中性束注入器容积将增加5倍 到约25.5m³。由于hl-2m装置周围空间非常有限，采用方形真空室会对周围其他装置发生干涉。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供了一种高功率长脉冲中性束注入器真空室，完成离子束中性化，残留离子束偏转，中性束几何汇聚，中性束注入等物理过程。

本发明的技术方案如下：一种高功率长脉冲中性束注入器真空室，包括梯形真空室、真空室中性化室段和真空室束漂移段，真空室中性化室段和真空室束漂移段是圆形腔体，梯形真空室呈等腰梯形盒状；中性化器大法兰在真空室中性化室段上，离子源安装在中性化器大法兰的外侧，其内侧安装中性化器；离子吞噬器安装在梯形真空室中靠近真空室中性化室段的一侧，冷却水路从梯形真空室顶部的离子吞噬器进出水接口引出；量热靶和偏转磁体分别安装到梯形真空室顶部的量热靶法兰和偏转磁体法兰上；高抽速真空泵安装在梯形真空室顶部两侧的高抽速真空泵法兰上；梯形真空室顶部有真空检测窗口；真空室束漂移段顶部的低温泵接口处安装商用低温泵，真空室束漂移段底部有粒子束的诊断窗口。

所述梯形真空室底部有涡轮分子泵的接口，用于整个真空室的静态真空抽气；注入器的支撑点位于梯形真空室底部。

4个离子源分别安装到离子源窗口a、离子源窗口b、离子源窗口c、离子源窗口d；在中性化器大法兰中心有十字形加强筋；十字形加强筋的两侧是中性化器诊断线和冷却水路引出窗口。

所述梯形真空室底部有4个涡轮分子泵的接口。

3个支撑点形成的三角形的重心处于整个注入器重心的正下方。

本发明的显著效果在于：降低了注入器真空室及其关键部件的制造和安装 精度要求，形成了有效的差分式真空抽气结构，确保了中性束几何汇聚的精度，降低了中性束注入器对hl-2m装置周围的空间要求。。

附图说明

图1是中性束注入器异形真空室轴测视图。

图2是异形真空室仰视图。

图3是中性束注入器中性化器法兰。

图中，1.梯形真空室，2.真空监测窗口，3.高抽速真空泵法兰，4.量热靶法兰，5.偏转磁体法兰，6.吞噬器进出水接口，7.真空室中性化室段，8.中性化器大法兰，9.诊断窗口，10.真空室束漂移段，11.低温泵接口，12.涡轮分子泵接口，13.注入器支撑点，14.离子源窗口a，15.离子源窗口b，16.中性化器诊断线和冷却水路引出窗口，17.加强筋，18.离子源窗口c，19.离子源窗口d。

具体实施方式

图1中，中性束注入器真空室由3段焊接而成，分别是梯形真空室1、真空室中性化室段7和真空室束漂移段10，真空室中性化室段7和真空室束漂移段10是圆形腔体，梯形真空室1呈等腰梯形盒状；中性化器大法兰8在真空室中性化室段7上，离子源安装在中性化器大法兰8的外侧，其内侧安装中性化器；离子吞噬器安装在梯形真空室1中靠近真空室中性化室段7的一侧，冷却水路从梯形真空室1顶部的离子吞噬器进出水接口6引出；量热靶和偏转磁体分别安装到梯形真空室1顶部的量热靶法兰4和偏转磁体法兰5上；高抽速真空泵安装在梯形真空室1顶部两侧的高抽速真空泵法兰3上；梯形真空室1顶部有真空检测窗口2；真空室束漂移段10顶部的低温泵接口11处安装商用低温泵，真空室束漂移段10底部有粒子束的诊断窗口9。

图2中，在梯形真空室1底部有4个涡轮分子泵的接口12，用于整个真空 室的静态真空抽气；注入器的支撑点13位于梯形真空室1底部，3个支撑点13形成的三角形的重心处于整个注入器重心的正下方；

图3中，4个离子源分别安装到离子源窗口a14、离子源窗口b15、离子源窗口c18、离子源窗口d19；在中性化器大法兰8中心有十字形加强筋17；十字形加强筋17的两侧是中性化器诊断线和冷却水路引出窗口16。

技术特征：

技术总结
一种高功率长脉冲中性束注入器真空室，包括梯形真空室、真空室中性化室段和真空室束漂移段，真空室中性化室段和真空室束漂移段是圆形腔体，梯形真空室呈等腰梯形盒状；中性化器大法兰在真空室中性化室段上，离子源安装在中性化器大法兰的外侧，其内侧安装中性化器；离子吞噬器安装在梯形真空室中靠近真空室中性化室段的一侧，冷却水路从梯形真空室顶部的离子吞噬器进出水接口引出；量热靶和偏转磁体分别安装到梯形真空室顶部的量热靶法兰和偏转磁体法兰上；高抽速真空泵安装在梯形真空室顶部两侧的高抽速真空泵法兰上。

技术研发人员：张贤明;曹建勇;赵凯;阚存东
受保护的技术使用者：核工业西南物理研究院;北京利方达真空技术有限责任公司
技术研发日：2015.12.30
技术公布日：2017.07.07