一种用于托卡马克装置强场侧的第一壁结构的制作方法

本发明属于一种应用于中国环流器二号M(HL-2M)装置中的部件，具体涉及一种用于托卡马克装置强场侧的第一壁结构。

背景技术：

在托卡马卡装置中，第一壁结构用于包围等离子体的第一物理边界，防止等离子大量热负荷破坏真空室和位于真空室内的诊断设备。强场侧第一壁位于真空室中心柱内壁上，属于真空室内部件范畴。由于时常会有高能逃逸电子和环向场纹波捕获离子使强场侧第一壁局部发生过高的热量沉积导致其损坏，故必须设计出一种同时满足以下两个主要功能的新型强场侧第一壁结构：一是该结构需有效将等离子体辐射能量传递至真空室之外，二是该结构易于安装维护且安装精度要求较高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于托卡马克装置强场侧的第一壁结构，它既有较优的传热性能，又可易于安装维护且等离子体物理界面安装精度较高。

本发明的技术方案如下：一种用于托卡马克装置强场侧的第一壁结构，它包括真空室强场侧壁，经环支撑，内螺纹螺帽，铜块/铜箔组合件，压条，背板，石墨块，螺钉，蝶形垫圈和外螺纹螺柱，第一壁安装在托克马克装置的真空室强场侧壁上，石墨块厚度中心插入截面压条，然后通过采用螺钉和蝶形垫圈结构连接至背板上，背板与石墨块组合结构通过螺钉和蝶形垫圈固定至经环支撑上，经环支撑通过内螺纹螺帽与外螺纹螺柱固定至真空室强场侧壁上，且经环支撑与真空室强场侧壁间填充有铜块/铜箔组合件。

所述的外螺纹螺柱与真空室强场侧壁采用焊接形式。

所述的经环支撑厚度为35mm，长800mm，经环支撑通过焊接在真空室强场侧壁的外螺纹螺柱及内六角内螺纹螺帽进行固定至真空室强场侧壁上，整个强场侧第一壁经环支撑环向共有10个，位于真空室相邻两个扇段的端部。

所述的石墨块尺寸有两种，一种是由两根压条共同固定的石墨块，另一种是单根压条固定的石墨块，前者的尺寸是后者尺寸的两倍，前者位于单个第一壁模块结构的中部位置，面向等离子体表面无螺栓孔；后者位于其两端，表面开有螺栓孔，用于固定单个模块至经环支撑，厚度均为25mm。

所述的石墨块与石墨块之间留有0.67mm的间隙，主要用于吸收热变形。

所述的石墨块侧面开有15的圆孔，其用于插入半圆形截面的压条，石墨块后面为背板，其材料为316L不锈钢，主要用于通过紧固件将插有压条的石墨块整合形成一个部件，便于安装和固定。

所述的石墨块与背板间垫有石墨箔，用于改善两者间的传热接触性能，对于整个强场侧所需的第一壁由上述的石墨块与背板整合成的模块数量共计有80个。

所述的石墨块与背板组合结构两端通过四颗M8螺钉及蝶形垫圈从强场侧第一壁正面进行拧紧固定至经环支撑，其中，经环支撑采用316L不锈钢，厚度为35mm。

本发明的有益效果在于：强场侧第一壁结构非主动水冷结构，但传热性能较好，可最大化节约等离子体物理空间。该结构中均采用紧固件连接形式，故强场侧第一壁结构易于安装及后期运行维护，同时等离子体物理界面调整精度高等。

附图说明

图1为本发明所提供的一种用于托卡马克装置强场侧的第一壁结构示意图；

图2为强场侧第一壁结构两端紧固件连接形式剖面结构示意图。

图中：1真空室强场侧壁，2经环支撑，3内螺纹螺帽，4铜块/铜箔组合件，5截面压条，6背板，7石墨块，8螺钉，9蝶形垫圈，10外螺纹螺柱。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1和2所示，一种用于托卡马克装置强场侧的第一壁结构包括背板6与石墨块7连接结构，经环支撑2，铜块/铜箔组合件4以及系列紧固件等结构。

第一壁主要安装在托克马克装置的真空室强场侧壁1上，石墨块7厚度中心开孔插入半圆形截面压条5，然后通过采用螺钉和蝶形垫圈结构连接至背板6上；背板6与石墨块7组合结构通过螺钉8和蝶形垫圈9固定至经环支撑2上；经环支撑2通过内螺纹螺帽3与外螺纹螺柱10固定至真空室强场侧壁1上，且经环支撑2与真空室强场侧壁1间填充有铜块/铜箔组合件4，用于对石墨块7表面精度调整，该铜块/铜箔组合件4主要用于调整等离子体物理界面精度以及改善经环支撑2与真空室强场侧壁1间的接触传热性能。铜块/铜箔组合件4的厚度及形状与真空室强场侧壁1加工精度有关，目前设计最大可调精度范围为10mm。外螺纹螺柱10与真空室强场侧壁1采用焊接形式。强场侧第一壁经环支撑2厚度为35mm，长800mm。经环支撑2通过焊接在真空室强场侧壁1的外螺纹螺柱10及内六角内螺纹螺帽3进行固定至真空室强场侧壁1上。整个强场侧第一壁经环支撑环向共有10个，位于真空室相邻两个扇段的端部。

面对等离子体侧为单曲面的石墨块7，石墨块7尺寸有两种，一种是由两根压条共同固定的石墨块7，另一种是单根压条固定的石墨块7，前者的尺寸是后者尺寸的两倍。前者位于单个第一壁模块结构的中部位置，面向等离子体表面无螺栓孔；后者位于其两端，表面开有螺栓孔，用于固定单个模块至经环支撑2，厚度均为25mm。石墨块7与石墨块7之间留有0.67mm的间隙，主要用于吸收热变形。石墨块7侧面开有15的圆孔，其用于插入半圆形截面的压条5。石墨块7后面为背板6，其材料为316L不锈钢，主要用于通过紧固件将插有压条5的石墨块7整合形成一个部件，便于安装和固定。石墨块7与背板6间垫有石墨箔，用于改善两者间的传热接触性能。对于整个强场侧所需的第一壁由上述的石墨块7与背板6整合成的模块数量共计有80个。

为了强场侧第一壁结构易于安装维护，石墨块7与背板6组合结构两端通过四颗M8螺钉8及蝶形垫圈9从强场侧第一壁正面进行拧紧固定至经环支撑2。其中，经环支撑2采用316L不锈钢，厚度为35mm。

为消除石墨块7与等离子体间的物理界面偏差，填充有铜块/铜箔组合件4用于调整物理界面精度，其位于经环支撑2与强场侧真空室壁1间。此结构中铜块/铜箔组合件4可调整偏差为10mm，该数值主要依据真空室强场侧壁1的加工误差而定。

另一主要功能是有效改善真空室强场侧壁1与强场侧第一壁结构间的相互接触，进而提高强场侧第一壁结构的传热性能。

为易于对支撑组件(包括经环支撑2、铜块/铜箔组合件4)的安装维护，经环支撑2与真空室强场侧壁1间通过外螺纹螺柱10及内螺纹螺帽3进行固定。首先是将M10外螺纹螺柱10焊接至真空室强场侧壁1上，然后从正面拧内六角螺帽3将支撑组件固定。

将石墨块7与背板6整合成一个模块后，在两端拧带有蝶形垫圈9的M8螺钉8将其固定至经环支撑2。相邻模块之间有1mm的间隙，每个模块之间相互独立，易于安装及后期运行维护。

为了避免紧固件直接面向离子体承受大量热负荷而损坏情况，紧固件从背板6凹面拧向插有压条5的石墨块7将石墨块7固定。背板6的整体厚度为15mm，采用板材滚卷而成；石墨块7厚度为25mm，厚度中心开有15的通孔，用于插入半圆形截面压条5；压条5对应背板6螺钉孔位置开有直径为6的螺孔，用于背板6与石墨块7的固定。

本发明不限于上述实施例，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。本发明/实用新型中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。