适用于east托卡马克装置全钨偏滤器的靶板探针系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种适用于EAST托卡马克装置全钨偏滤器的靶板探针系统，全钨偏滤器上偏滤器钨靶板与Cassette水冷箱体通过销钉固定联接，探针部件包括陶瓷探针支撑座、石墨探针头、内核铜芯柱、内核螺母、接线螺钉、弹簧垫圈、陶瓷封块、引线；探针安装部件包括固定支撑条、顶紧螺钉、底部挡片。探针部件及其安装部件通过机械联接，把探针牢固地安装在偏滤器上，且保证石墨探针头的圆弧顶部刚好完全露出靶板表面。本发明由于采用了陶瓷外壳，使探针有非常好的绝缘性能，提高了探针的抗干扰性能；探针安装方法简便、易于操作，同时保证了探针的稳固性，不易受外界的影响产生松动，提高探针的诊断准确率。
【专利说明】适用于EAST托卡马克装置全钨偏滤器的靶板探针系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及EAST托卡马克装置，具体是一种适用于EAST托卡马克装置全钨偏滤器的靶板探针系统。
【背景技术】
[0002]偏滤器是磁约束聚变装置内部面向等离子体排除杂质和热负荷的关键部件，它处于极端严酷的环境条件下，承受来自高温等离子体的能量冲击。因此，偏滤器的制造要求非常高。偏滤器技术脱胎于限制器技术，在核聚变技术发展过程中不断优化和改造，逐渐形成了现在各种形式的偏滤器。
[0003]在不同的托卡马克装置上，科学家先后选择石墨、碳纤维复合材料、钨等作为偏滤器靶板的面对等离子体材料，这些材料经过科学家长期实验研究，聚变界普遍认为钨或者其合金最有希望作为今后聚变堆偏滤器面向等离子体材料。
[0004]偏滤器结构设计不仅要能够充分发挥其排热、排灰、排杂质的功能，同时要适合今后聚变堆偏滤器快速更换的特点。国际上各主要大型托卡马克装置偏滤器设计各不相同，但每个装置的偏滤器的升级都经历了更新完善的过程，ITER的偏滤器结构是基于Cassette结构的水冷偏滤器模块式结构，是适合快速更换与维护的结构。EAST率先实现了基于Cassette技术的ITER-Like全钨的偏滤器结构，将为ITER的运行积累经验。
[0005]偏滤器靶板探针是典型的偏滤器等离子体参数诊断手段，由于其具有比较高的时间分辨、使用方便、局域、可测量的物理量丰富等优点，一直被作为常规的等离子体诊断工具。采用三探针阵列的偏滤器靶板探针诊断，可以测量偏滤器区域的电子密度、电子温度、压强、靶板表面入射粒子通量以及热通量的时空分布演化，进而为研究偏滤器物理、等离子体与器壁相互作用提供重要信息。在EAST托卡马克装置上，以前的全石墨偏滤器靶板探针诊断为等离子体所Nature Physics>Physical Review Letters、Nuclear Fus1n等一系列顶尖物理类科技论文的发表提供了重要实验数据，同时也为等离子体的位形控制提供了非常直观的信息，因此偏滤器靶板探针是一种非常重要的等离子体诊断基本工具。
[0006]偏滤器靶板探针的结构主要包括有面向等离子体的探针头和探针头支撑部件，对于探针的引线与电路采集系统与传统方案基本一致，偏滤器靶板探针结构的基本设计原则是:保证探针与装置壁的绝缘性和探针的牢固性。一般的，偏滤器靶板探针的结构都是根据偏滤器的结构来设计的，偏滤器靶板从全石墨壁升级到全钨壁，其水冷及支撑结构都发生了根本性的改变，由原来的热沉加石墨块结构改进为Cassette水冷箱加钨铜串管结构，因此，偏滤器靶板探针的结构也进行了全新升级。
[0007]
【发明内容】
本发明的目的是提供一种适用于EAST托卡马克装置全钨偏滤器的靶板探针系统，以满足EAST托卡马克装置需求。
[0008]为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为:
适用于EAST托卡马克装置全钨偏滤器的靶板探针系统，其特征在于:包括有通过销钉固定支撑在EAST托卡马克装置中Cassette水冷箱体箱壁上的偏滤器钨靶板，所述偏滤器钨靶板由多组并行的钨铜串管构成，偏滤器钨靶板其中两个相邻钨铜串管之间具有空隙，并开有圆形通孔，位于Cassette水冷箱体箱壁与偏滤器钨靶板之间设置有陶瓷探针支撑座，且陶瓷探针支撑座位于偏滤器钨靶板其中两个相邻钨铜串管之间空隙下方，所述陶瓷探针支撑座外轮廓由长方体底座和圆柱延伸部组成，其中具有内腔，陶瓷探针支撑座顶部、底部和一侧侧部设置有内腔腔口，所述陶瓷探针支撑座底部为矩形腔口，其中封堵有陶瓷封块，所述陶瓷探针支撑座顶部设置有与陶瓷探针支撑座内腔连通的管状延伸部，且管状延伸部伸入偏滤器钨靶板其中两个相邻钨铜串管之间圆形通孔中，管状延伸部下端平面紧贴钨铜管外壁，所述陶瓷探针支撑座一侧侧部中间位置开有圆形通孔，陶瓷探针支撑座两侧侧部上部位置分别设置有圆形槽孔，所述陶瓷探针支撑座内腔中设置有内核螺母，所述内核螺母上下端面有内螺纹通孔，侧部成型有侧向延伸至陶瓷探针支撑座侧部通孔中的内螺纹连接套管，所述陶瓷探针支撑座顶部管状延伸部中设置有内核铜芯柱，内核铜芯柱下部伸入陶瓷探针支撑座内腔中并螺合安装在内核螺母中，内核铜芯柱上部外螺纹柱状延伸部伸入偏滤器钨靶板其中两个相邻钨铜串管之间圆形通孔中，且外螺纹柱状延伸部螺合安装有石墨探针头，所述陶瓷探针支撑座侧部通孔内的内核螺母内螺纹连接套管中螺合有接线螺钉，所述接线螺钉连接有引线，所述引线从陶瓷探针支撑座侧部通孔穿出后，再从Cassette水冷箱体箱壁与钨铜串管之间缝隙穿出，所述陶瓷探针支撑座两侧侧部上部的槽孔处分别设置有固定支撑条，固定支撑条的两端与钨铜串管上两块钨铜块延伸出的固定脚焊接，所述固定支撑条上开有内螺纹孔，且与顶紧螺钉螺合，所述顶紧螺钉通过螺合穿过固定支撑条并伸进陶瓷探针支撑座槽孔内顶紧陶瓷探针支撑座两侧，且顶紧螺钉分别与螺合穿过的固定支撑条焊接连接，所述陶瓷探针支撑座底部设置有U型底部挡片，U型底部挡片紧贴陶瓷探针底部，且分别与两端的固定支撑条焊接连接。
[0009]所述的适用于EAST托卡马克装置全钨偏滤器的靶板探针系统，其特征在于:所述内核铜芯柱外壁成型有外螺纹，内核铜芯柱穿过陶瓷探针支撑座顶部管状延伸部，且内核铜芯柱下部伸入陶瓷探针支撑座内腔中并螺合安装在内核螺母中，内核铜芯柱上部伸入偏滤器钨靶板其中两个相邻钨铜串管之间圆形通孔中，且内核铜芯柱上部螺合安装有石墨探针头。
[0010]所述的适用于EAST托卡马克装置全钨偏滤器的靶板探针系统，其特征在于:所述内核铜芯柱上部外壁成型有外六角环台，环台与所述管状延伸部顶端之间设置有套在内核铜芯柱上的弹簧垫圈，且通过内核铜芯柱下部螺合在内核螺母上，使内核铜芯柱以及内核螺母牢固地安装在陶瓷探针支撑座上，不易松动，且外六角环台适用于内六角套筒工具，便于安装。
[0011]所述的适用于EAST托卡马克装置全钨偏滤器的靶板探针系统，其特征在于:所述石墨探针头螺合安装在内核铜芯柱上部的外螺纹柱状延伸部上，其为阶梯柱形结构，上部包括有弧顶和圆柱延伸部，下部的柱状结构表面加工有两平行平面，便于使用工具穿过偏滤器钨靶板其中两个相邻钨铜串管之间圆形通孔安装石墨探针头。
[0012]所述的适用于EAST托卡马克装置全钨偏滤器的靶板探针系统，其特征在于:所述陶瓷探针支撑座底部与Cassette水冷箱体箱壁之间设置有U型长条状的底部挡片，所述底部挡片与固定支撑条焊接连接，所述固定支撑条分别位于陶瓷探针支撑座两侧，且固定支撑条两端焊接在钨铜串管中两块钨铜块延伸出的不锈钢固定脚上，顶紧螺钉螺合穿过固定支撑条，所述顶紧螺钉顶紧陶瓷探针支撑座两侧后焊死在固定支撑条上，利用所述底部挡片、固定支撑条和顶紧螺钉可将靶板探针牢固地安装在偏滤器钨靶板上。
[0013]所述的适用于EAST托卡马克装置全钨偏滤器的靶板探针系统，其特征在于:所述陶瓷探针支撑座与陶瓷封块为高温烧结而成的氧化铝陶瓷，陶瓷探针支撑座与陶瓷封块构成一个封装整体,将封装整体内部部件与外界部件绝缘,并能耐高温和冲击。
[0014]所述的适用于EAST托卡马克装置全钨偏滤器的靶板探针系统，其特征在于:所述接线螺钉一端为外螺纹接头，螺合在内核螺母上，一端为管状延伸部，与引线通过夹紧联接，使之成为一个整体，所述接线螺钉的管状延伸部上开有槽口，防止使用工具夹紧引线时管状延伸部破裂。
[0015]本发明提供了一种适用基于Cassette技术、包含主动水冷的ITER-Like全鹤偏滤器的靶板探针及其在偏滤器钨靶板上的安装方案。
[0016]本发明的益处在于:
靶板探针的结构充分利用全钨偏滤器上的有限空间，在宽度为13.5mm的狭缝空间内完成固定安装。由于采用了陶瓷外壳封装，使探针有非常好的绝缘性能，提高了探针的抗干扰性能；探针安装方法简便、易于操作，探针引线先与接线螺钉联接好，在对偏滤器清洗和烘烤之后再安装，充分考虑到偏滤器安装的一次性以及避免部件在清洗和烘烤阶段对探针引线的损坏；石墨探针头装拆方便，充分考虑到石墨材料的易损性，安排在安装的最后一道工序，保证了探针头的采集性能，且便于对石墨探针头进行更换维护；探针安装方法保证了探针的稳固性，不易受装配、搬运过程中外界的影响使探针产生松动和损坏，由于探针的松动会使探针定位失准，从而提闻了探针的诊断准确率。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本发明结构截面视图。
[0018]图2为靶板探针的爆炸图。
[0019]图3为靶板探针系统的爆炸图。
【具体实施方式】
[0020]如图1、图2和图3所示，适用于EAST托卡马克装置全钨偏滤器的靶板探针系统，包括有通过固定销17固定支撑在EAST托卡马克装置中Cassette水冷箱体16箱壁上固定座14的偏滤器钨靶板20，水冷箱体16两端设置有支撑钨铜串管的固定脚15，偏滤器钨靶板20由多组并行的钨铜串管I构成，偏滤器钨靶板20其中两个相邻钨铜串管之间具有空隙，并开有圆形通孔，位于Cassette水冷箱体16箱壁与偏滤器钨靶板20之间设置有陶瓷探针支撑座5，且陶瓷探针支撑座5位于偏滤器钨靶板20其中两个相邻钨铜串管之间空隙下方，陶瓷探针支撑座5外轮廓由长方体底座和圆柱延伸部组成，其中具有内腔，陶瓷探针支撑座顶部、底部和一侧侧部设置有内腔腔口，陶瓷探针支撑座底部为矩形腔口，其中封堵有陶瓷封块6，陶瓷探针支撑座5顶部设置有与陶瓷探针支撑座内腔连通的管状延伸部，且管状延伸部伸入偏滤器钨靶板20其中两个相邻钨铜串管之间圆形通孔中，管状延伸部下端平面紧贴钨铜串管外壁，陶瓷探针支撑座5—侧侧部中间位置开有圆形通孔，且其两侧侧部上部位置分别设置有圆形槽孔，陶瓷探针支撑座5内腔中设置有内核螺母7，内核螺母7上下端面有内螺纹通孔，侧部成型有侧向延伸至陶瓷探针支撑座5侧部通孔中的内螺纹连接套管，陶瓷探针支撑座5顶部管状延伸部中设置有内核铜芯柱12，内核铜芯柱12下部伸入陶瓷探针支撑座5内腔中并螺合安装在内核螺母7中，内核铜芯柱12上部外螺纹柱状延伸部伸入偏滤器钨靶板20其中两个相邻钨铜串管之间圆形通孔中，且外螺纹柱状延伸部螺合安装有石墨探针头13，陶瓷探针支撑座5侧部通孔内的内核螺母7内螺纹连接套管中螺合有接线螺钉8，接线螺钉8连接有引线10，引线10从陶瓷探针支撑座侧部通孔穿出后，再从Cassette水冷箱体箱壁与钨铜串管之间缝隙穿出，并从引线槽口 18引出，陶瓷探针支撑座5两侧侧部上部的槽孔处分别设置有固定支撑条4，固定支撑条4的两端与钨铜串管I上两块钨铜块延伸出的固定脚15焊接，固定支撑条4上开有内螺纹孔，且与顶紧螺钉2螺合，顶紧螺钉2通过螺合穿过固定支撑条4并伸进陶瓷探针支撑座5槽孔内顶紧陶瓷探针支撑座两侧，且顶紧螺钉2分别与其螺合穿过的固定支撑条4焊接连接，陶瓷探针支撑座5底部设置有U型底部挡片9，U型底部挡片9紧贴陶瓷探针支撑座底部，且分别与两端的固定支撑条4焊接连接。
[0021]内核铜芯柱12外壁成型有外螺纹，内核铜芯柱12穿过陶瓷探针支撑座5顶部管状延伸部，且内核铜芯柱12下部伸入陶瓷探针支撑座5内腔中并螺合安装在内核螺母7中，内核铜芯柱12上部伸入偏滤器钨靶板20其中两个相邻钨铜串管之间圆形通孔中，且内核铜芯柱12上部螺合安装有石墨探针头13。
[0022]内核铜芯柱12上部外壁成型有外六角环台，环台与所述管状延伸部顶端之间设置有套在内核铜芯柱12上的弹簧垫圈11，且通过内核铜芯柱12下部螺合在内核螺母7上，使内核铜芯柱12以及内核螺母7牢固地安装在陶瓷探针支撑座5上，不易松动，且外六角环台适用于内六角套筒工具，便于安装。
[0023]石墨探针头13螺合安装在内核铜芯柱12上部的外螺纹柱状延伸部上，其为阶梯柱形结构，上部包括有圆弧顶和圆柱延伸部，下部的柱状结构表面加工有两平行平面，便于使用工具穿过偏滤器钨靶板20其中两个相邻钨铜串管之间圆形通孔安装石墨探针头13。
[0024]陶瓷探针支撑座5底部与Cassette水冷箱体3箱壁之间设置有U型长条状的底部挡片9，底部挡片9与固定支撑条4焊接连接，固定支撑条4分别位于陶瓷探针支撑座5两侧，且固定支撑条4两端焊接在钨铜串管I中两块钨铜块延伸出的不锈钢固定脚15上，顶紧螺钉2螺合穿过固定支撑条4，顶紧螺钉2顶紧陶瓷探针支撑座5两侧后焊死在固定支撑条4上，利用底部挡片9、固定支撑条4和顶紧螺钉2可将靶板探针19牢固地安装在偏滤器钨靶板20上。
[0025]陶瓷探针支撑座5与陶瓷封块6为高温烧结而成的氧化铝陶瓷，陶瓷探针支撑座5与陶瓷封块6构成一个封装整体，将封装整体内部部件与外界部件绝缘，并能耐高温和冲击。
[0026]接线螺钉8 一端为外螺纹接头，螺合在内核螺母7上，一端为管状延伸部，与引线10通过夹紧联接，使之成为一个整体，接线螺钉8的管状延伸部上开有槽口，防止使用工具夹紧引线10时管状延伸部破裂。
[0027]图1所示为适用于EAST托卡马克装置中全钨偏滤器的靶板探针系统结构截面视图；图2所示为适用于EAST托卡马克装置中全钨偏滤器的靶板探针的爆炸图；图3所示为适用于EAST托卡马克装置中全钨偏滤器的靶板探针系统爆炸视图。本探针系统以EAST托卡马克装置中首次使用的基于Cassette技术、包含主动水冷的ITER-Like全钨偏滤器为载体，全钨偏滤器包括偏滤器钨靶板20、Cassette水冷箱体3，钨铜串管I与Cassette水冷箱体3通过固定销固定联接；探针部件包括陶瓷探针支撑座5、石墨探针头13、内核铜芯柱12、内核螺母7、接线螺钉8、弹簧垫圈11、陶瓷封块6、引线10 ;探针安装部件包括固定支撑条4、顶紧螺钉2、底部挡片9。内核铜芯柱12、弹簧垫圈11与内核螺母7通过螺栓的形式与陶瓷探针支撑座5固定安装为一体，石墨探针头13与内核铜芯柱12以及接线螺钉8与内核螺母7通过螺纹联接，引线10与接线螺钉8通过夹紧固定联接，陶瓷封块6封住陶瓷探针支撑座5底部腔口，所述固定支撑条4与钨铜串管I的固定脚15通过焊接固定联接，底部挡片9为U型长条，与固定支撑条4通过焊接联接将靶板探针19包裹固定，顶紧螺钉2与固定支撑条4通过拧紧顶在陶瓷探针支撑座5两侧凹槽内，再通过焊接联接以固定靶板探针19两侧。
[0028]本发明的靶板探针系统，适用于EAST托卡马克装置中全钨偏滤器，可以测量偏滤器区域的电子密度、电子温度、压强、靶板表面入射粒子通量以及热通量的时空分布演化，并可以用于测量共振磁扰动线圈的作用效果等。
【权利要求】
1.适用于EAST托卡马克装置全钨偏滤器的靶板探针系统，其特征在于:包括有通过销钉固定支撑在EAST托卡马克装置中Cassette水冷箱体箱壁上的偏滤器钨靶板，所述偏滤器钨靶板由多组并行的钨铜串管构成，偏滤器钨靶板其中两个相邻钨铜串管之间具有空隙，并开有圆形通孔，位于Cassette水冷箱体箱壁与偏滤器钨靶板之间设置有陶瓷探针支撑座，且陶瓷探针支撑座位于偏滤器钨靶板其中两个相邻钨铜串管之间空隙下方，所述陶瓷探针支撑座外轮廓由长方体底座和圆柱延伸部组成，其中具有内腔，陶瓷探针支撑座顶部、底部和一侧侧部设置有内腔腔口，所述陶瓷探针支撑座底部为矩形腔口，其中封堵有陶瓷封块，所述陶瓷探针支撑座顶部设置有与陶瓷探针支撑座内腔连通的管状延伸部，且管状延伸部伸入偏滤器钨靶板其中两个相邻钨铜串管之间圆形通孔中，管状延伸部下端平面紧贴钨铜串管外壁，所述陶瓷探针支撑座一侧侧部中间位置开有圆形通孔，陶瓷探针支撑座两侧侧部上部位置分别设置有圆形槽孔，所述陶瓷探针支撑座内腔中设置有内核螺母，所述内核螺母上下端面有内螺纹通孔，侧部成型有侧向延伸至陶瓷探针支撑座侧部通孔中的内螺纹连接套管，所述陶瓷探针支撑座顶部管状延伸部中设置有内核铜芯柱，内核铜芯柱下部伸入陶瓷探针支撑座内腔中并螺合安装在内核螺母中，内核铜芯柱上部外螺纹柱状延伸部伸入偏滤器钨靶板其中两个相邻钨铜串管之间圆形通孔中，且外螺纹柱状延伸部螺合安装有石墨探针头，所述陶瓷探针支撑座侧部通孔内的内核螺母内螺纹连接套管中螺合有接线螺钉，所述接线螺钉连接有引线，所述引线从陶瓷探针支撑座侧部通孔穿出后，再从Cassette水冷箱体箱壁与钨铜串管之间缝隙穿出，所述陶瓷探针支撑座两侧侧部上部的槽孔处分别设置有固定支撑条，固定支撑条的两端与钨铜串管上两块钨铜块延伸出的固定脚焊接，所述固定支撑条上开有内螺纹孔，且与顶紧螺钉螺合，所述顶紧螺钉通过螺合穿过固定支撑条并伸进陶瓷探针支撑座槽孔内顶紧陶瓷探针支撑座两侧，且顶紧螺钉分别与其螺合穿过的固定支撑条焊接连接，所述陶瓷探针支撑座底部设置有U型底部挡片，U型底部挡片紧贴陶瓷探针支撑座底部，且分别与两端的固定支撑条焊接连接。
2.根据权利要求1所述的适用于EAST托卡马克装置全钨偏滤器的靶板探针系统，其特征在于:所述内核铜芯柱外壁成型有外螺纹，内核铜芯柱穿过陶瓷探针支撑座顶部管状延伸部，且内核铜芯柱下部伸入陶瓷探针支撑座内腔中并螺合安装在内核螺母中，内核铜芯柱上部伸入偏滤器钨靶板其中两个相邻钨铜串管之间圆形通孔中，且内核铜芯柱上部螺合安装有石墨探针头。
3.根据权利要求1或2所述的适用于EAST托卡马克装置全钨偏滤器的靶板探针系统，其特征在于:所述内核铜芯柱上部外壁成型有外六角环台，环台与所述管状延伸部顶端之间设置有套在内核铜芯柱上的弹簧垫圈，且通过内核铜芯柱下部螺合在内核螺母上，使内核铜芯柱以及内核螺母牢固地安装在陶瓷探针支撑座上，不易松动，且外六角环台适用于内六角套筒工具，便于安装。
4.根据权利要求1或2所述的适用于EAST托卡马克装置全钨偏滤器的靶板探针系统，其特征在于:所述石墨探针头螺合安装在内核铜芯柱上部的外螺纹柱状延伸部上，其为阶梯柱形结构，上部包括有弧顶和圆柱延伸部，下部的柱状结构表面加工有两平行平面，便于使用工具穿过偏滤器钨靶板其中两个相邻钨铜串管之间圆形通孔安装石墨探针头。
5.根据权利要求1所述的适用于EAST托卡马克装置全钨偏滤器的靶板探针系统，其特征在于:所述陶瓷探针支撑座底部与Cassette水冷箱体箱壁之间设置有U型长条状的底部挡片，所述底部挡片与固定支撑条焊接连接，所述固定支撑条分别位于陶瓷探针支撑座两侦牝且固定支撑条两端焊接在钨铜串管中两块钨铜块延伸出的不锈钢固定脚上，顶紧螺钉螺合穿过固定支撑条，所述顶紧螺钉顶紧陶瓷探针支撑座两侧后焊死在固定支撑条上，利用所述底部挡片、固定支撑条和顶紧螺钉可将靶板探针牢固地安装在偏滤器钨靶板上。
6.根据权利要求1所述的适用于EAST托卡马克装置全钨偏滤器的靶板探针系统，其特征在于:所述陶瓷探针支撑座与陶瓷封块为高温烧结而成的氧化铝陶瓷，陶瓷探针支撑座与陶瓷封块构成一个封装整体，将封装整体内部部件与外界部件绝缘，并能耐高温和冲击。
7.根据权利要求1所述的适用于EAST托卡马克装置全钨偏滤器的靶板探针系统，其特征在于:所述接线螺钉一端为外螺纹接头，螺合在内核螺母上，一端为管状延伸部，与引线通过夹紧联接，使之成为一个整体，所述接线螺钉的管状延伸部上开有槽口，防止使用工具夹紧引线时管状延伸部破裂。
【文档编号】G01R1/067GK104332184SQ201410437565
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年8月30日 优先权日:2014年8月30日
【发明者】许吉禅, 王亮 申请人:中国科学院等离子体物理研究所