一种陶瓷水冷无法拉第桶射频离子源的制作方法

本实用新型涉及等离子体技术领域，尤其涉及一种陶瓷水冷无法拉第桶射频离子源。

背景技术：

中性束注入系统(Neutral Beam Injection,NBI)具有加热效率高，物理机制最清楚的特点，是EAST托卡马克重要的辅助装置之一。离子源是中性束注入系统中关键部件，大功率的中性束注入装置必然需要强流离子源的支持。随着国内外对中性束注入系统的不断发展，对强流离子源的研究也越来越多。目前国内外外置天线结构的RF离子源均采用陶瓷或石英玻璃绝缘，由于内部功率沉积和等离子体溅射会使得陶瓷或石英玻璃绝缘层温度上升导致结构受损。内部必须安装法拉第筒进行保护，该结构主要有以下缺点：

(1)法拉第筒冷却水路加工难度大，大量水路需采用真空钎焊的方式加工难度大且成本高；

(2)法拉第筒筒壁一般只能加工4mm左右的截面冷却水路，冷却效果差；

(3)法拉第筒屏蔽性导致线圈很难馈入有效功率；

(4)法拉第筒结构增加了实验人员的调试难度；

(5)需要从真空室内部引出冷却水管密封结构较为复杂且需要占用一定的空间；

(6)需要对法拉第筒做电位隔离。

技术实现要素：

本实用新型目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种陶瓷水冷无法拉第桶射频离子源。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种陶瓷水冷无法拉第桶射频离子源，包括有双层陶瓷筒，所述的双层陶瓷筒的内侧与外层中间空隙为冷却水道，在双层陶瓷筒的外侧缠绕有射频线圈，在双层陶瓷筒的上端和下端分别设有与冷却水道相通的进水口和出水口，双层陶瓷筒的上端和下端分别固定有上法兰和下法兰，在双层陶瓷筒的上端还密封安装有离子源盖板，在离子源盖板上安装有启动灯丝和进气装置。

所述的离子源盖板通过氟橡胶密封圈和M6内六角螺栓固定在双层陶瓷筒的上端。

所述的双层陶瓷筒的上端和下端分别通过真空钎焊焊接在上法兰和下法兰上。

所述的进水口和出水口均有四个。

射频离子源陶瓷水冷结构设计主要是将传统的陶瓷或石英外罩替换成双层陶瓷结构，双层陶瓷内部通入冷却水降温从而有效防止陶瓷温度上升起到保护的作用，由于陶瓷内壁可以自主降温不需要法拉第桶的保护，因此可以去除法拉第桶。

陶瓷筒内壁内径为198mm、厚度为4mm、高度为150mm，外壁外径为226mm,厚度为4mm、高度为150mm，两个陶瓷筒之间中空间距为6mm，两个法兰厚度为20mm外径为300mm。

双层陶瓷内部通过四个直径是12mm的入水口通入冷却水对陶瓷壁进行冷却，并通过4个直径是12mm的出水口排出热水实现自主降温。

射频离子源陶瓷水冷结构设计主要是将传统的陶瓷或石英外罩替换成双层陶瓷结构。双层陶瓷内部通入冷却水降温从而有效防止陶瓷温度上升起到保护的作用。由于陶瓷内壁可以自主降温不需要法拉第桶的保护，因此可以去除法拉第桶。无法拉第桶的优势在于：射频离子源结构简单大大的降低了加工成本；不存在法拉第筒屏蔽性，更有利于线圈功率得馈入；结构简单有利于实验人员得调试；相同结构下不占用射频离子源内部真空体积，使得等离子体发生器有效体积增加有利于更高功率的产生。

陶瓷水冷筒采用双层陶瓷结构钎焊在上下盖板上，内部可以通入冷却水降温。当射频离子源工作时，等离子体会直接作用在陶瓷内壁引起温度上升，此时冷却水会起到降温作用从而保护陶瓷桶内壁不受破坏。因陶瓷桶可以得到有效降温保护所以可以去除法拉第桶结构从而简化射频离子源结构。

本实用新型的优点是：本实用新型采用无法拉第桶结构结构简单大大的降低了加工成本；不存在法拉第筒屏蔽性，更有利于线圈功率得馈入；结构简单有利于实验人员得调试；两层陶瓷桶之间存在6mm间隙可以通入大量冷却水，水却效果较好；相同结构下不占用射频离子源内部真空体积，使得等离子体发生器有效体积增加有利于更高功率的产生；无法拉第桶设计不需要考虑法拉第桶电位隔离问题。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种陶瓷水冷无法拉第桶射频离子源，包括有双层陶瓷筒12，所述的双层陶瓷筒12的内侧与外层中间空隙为冷却水道，在双层陶瓷筒12的外侧缠绕有射频线圈9，在双层陶瓷筒12的上端和下端分别设有与冷却水道相通的进水口6和出水口11，双层陶瓷筒12的上端和下端分别固定有上法兰5和下法兰10，在双层陶瓷筒12的上端还密封安装有离子源盖板3，在离子源盖板3上安装有启动灯丝2和进气装置1。

所述的离子源盖板3通过氟橡胶密封圈4和M6内六角螺栓固定在双层陶瓷筒12的上端。

所述的双层陶瓷筒12的上端和下端分别通过真空钎焊焊接在上法兰5和下法兰10上。

所述的进水口6和出水口11均有四个。

射频离子源工作时等离子体会直接作用在陶瓷桶内层7产生热沉积引起陶瓷桶内层7温度上升。此时通过进水口6注入冷水，陶瓷桶内层7和外层8之间存在6mm的间隙冷却水可以在间隙内流动对内层进行冷却达到降温的目的，冷却水通过出水口11流出。