專利名稱：等離子體破裂防護專用大氣量快速充氣閥的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及真空技術、高氣壓容器技術、高電壓技術及磁約束聚變領域，具體涉及一種等離子體破裂防護專用大氣量快速充氣閥。
背景技術：
在托卡馬克放電試驗中，由于等離子體控制、磁流體不穩(wěn)定性、雜質、高能逃逸粒子等原因，使得等離子體的破裂難以避免。特別是在實現(xiàn)托卡馬克聚變堆穩(wěn)態(tài)運行的主要研究內容——維持穩(wěn)態(tài)高參數(shù)等離子體的放電中，等離子體破裂放電會導致嚴重的破壞作用，如第一壁大的熱負載，強的機械應力，大的逃逸電流等，甚至對偏慮器靶板、第一壁部件甚至裝置造成嚴重損傷。雖然現(xiàn)有托卡馬克放電的不同參數(shù)的運行極限已經有了深入的研究，并且可以控制托卡馬克在“安全運行”區(qū)域而避免破裂發(fā)生，但是總有一些破裂難以避免，因此，為在高參數(shù)條件下避免或減小破裂對大裝置造成的危害，開展等離子體破裂緩解的研究是很有必要而且是很重要的，也是當前托卡馬卡等離子體物理研究的重點之一。等離子體破裂防護主要分為主動防護及被動防護兩種方式，主動防護主要是通過反饋控制來控制等離子體放電參數(shù)，使其運行來等離子體安全區(qū)域來避免破裂；被動防護主要是對那些不可避免的破裂所采取的方式，即向等離子體中注入雜質的方式來緩解破裂所帶來的危害，其主要有兩種方法，一種是彈丸注入，一種是高壓氣體注入，由于高壓氣體注入方式的簡單有效性，它已經成為目前世界上各大裝置上進行破裂緩解的主要研究方向。通過提前給裝置中注入一定量的雜質惰性氣體，一方面增加雜質可以增大輻射量，把等離子體能量輻射出去，從而減小打到器壁上的熱負載，另一方面通過注入雜質可以加快電流悴滅，使即將產生的不穩(wěn)定性來不得發(fā)展或者發(fā)展到很小程度，從而可以減小電磁負載。最后一方面，理論研究發(fā)現(xiàn)，通過注入一定量的雜質氣體，可以提高總的氣體中的電子密度，當電子密度達到一定量的時候，由于破裂而產生的電場就可以小于快電子雪崩機制的臨界電場，從而可以抑制快電子的產生。因此，可以實現(xiàn)快速而且可以充入大量氣體的充氣閥門，是托卡馬克裝置中進行破裂緩解的必要的工具，而目前可用的電磁閥與壓電晶體閥都不能同時滿足破裂緩解的要求。大氣量快速充氣閥門的研制成功，對EAST托卡馬克裝置來說有著重要的意義，它的研制成功，使在EAST托卡馬克裝置進行等離子體破裂緩解研究成為了可能。EAST作為在世界上第一個類ITER的全超導偏濾器裝置，在其上進行破裂緩解實驗，也可以為ITER聚變裝置提供實驗基礎及數(shù)據(jù)參考與積累。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種可靠的可以一在幾個毫秒的時間內充入大氣量的快速充氣閥門。
本發(fā)明的技術方案如下
一種等離子體破裂防護專用大氣量快速充氣閥，包括有閥體，其特征在于所述的閥體包括有背壓腔室和工作氣體腔室，所述的背壓腔室和工作氣體腔室分別外接高壓氣源，所述工作氣體腔室的底部設有出氣口并連接有通向托卡馬克裝置的真空室的管道；包括工字型閥芯，所述工字型閥芯的上、下端分別伸入到所述的背壓腔室和工作氣體腔室中，工字型閥芯的下端抵在所述出氣口的口部，工字型閥芯的周圍環(huán)繞有平面螺旋線圈，所述平面螺旋線圈的二個接線端分別外接充電電容器的正負端。所述的等離子體破裂防護專用大氣量快速充氣閥，其特征在于所述的背壓腔室和工作氣體腔室之間采用橡膠圈密封。所述的等離子體破裂防護專用大氣量快速充氣閥，其特征在于所述的工字型閥芯采用鋁材料制成。所述的等離子體破裂防護專用大氣量快速充氣閥，其特征在于所述工字型閥芯的端部為圓錐形結構。所述的等離子體破裂防護專用大氣量快速充氣閥，其特征在于所述的平面螺旋線圈通過兩塊陶瓷圓盤固定在工字型閥芯的周圍。本發(fā)明的有益效果
(1 )、本發(fā)明采用兩腔室結構，一個腔室是工作腔室，里面是工作氣體，另外一個腔室為背壓腔室，給閥芯提供背壓，兩個腔室之間采用橡膠圈密封，閥芯就是在壓差的作用下實現(xiàn)自動關閉。(2)、本發(fā)明的驅動部件為平面螺旋線圈，通過給其提供大脈沖電流，從而給閥芯產生脈沖電磁力，繼而打開活塞，完成一次脈沖充氣。(3)、本發(fā)明的閥芯采用鋁材料加工制作，且采用工字型結構，使其可以工作在強磁場環(huán)境中，而不受其影響。


圖1為本發(fā)明的結構示意圖。
具體實施例方式參見圖1，一種等離子體破裂防護專用大氣量快速充氣閥，包括有閥體1，閥體1包括有背壓腔室2和工作氣體腔室3，背壓腔室2和工作氣體腔室3分別外接高壓氣源，工作氣體腔室3的底部設有出氣口 4并連接有通向托卡馬克裝置的真空室的管道5 ；包括工字型閥芯6，工字型閥芯6的上、下端分別伸入到背壓腔室2和工作氣體腔室3中，工字型閥芯 6的下端抵在出氣口 4的口部，工字型閥芯的6周圍環(huán)繞有平面螺旋線圈7，平面螺旋線圈 7的二個接線端分別外接充電電容器的正負端。背壓腔室2和工作氣體腔室3之間采用橡膠圈密封；工字型閥芯6采用鋁材料制成；工字型閥芯6的端部為圓錐形結構；平面螺旋線圈7通過兩塊陶瓷圓盤固定在工字型閥芯6的周圍。以下結合附圖對本發(fā)明作進一步的說明
工作時把充電電容器與平面螺旋線圈的接線端相連接，通過大電流開關來控制電路的
4關斷，充電電容器先充滿電，然后對平面螺旋線圈進行泄放，平面螺旋線圈中就會產生脈沖電流，從而會產生磁場，該變化的磁場就會在工字型閥芯的頂部的產生渦流，該渦流與磁場發(fā)生相互作用，產生向上的脈沖電磁力，把工字型閥芯打開，該電磁力隨著充電電容器的電泄放完畢而消失，然后工字型閥芯就在背壓腔室和工作氣體腔室之間壓差的作用下關閉， 從而實現(xiàn)一次脈沖充氣。根據(jù)不同的要求，充電電容器的充電電壓及背壓腔室和工作氣體腔室兩個腔室中的氣壓都可以進行調節(jié)，從而可以調節(jié)每個脈沖的進氣量。
權利要求
1.一種等離子體破裂防護專用大氣量快速充氣閥，包括有閥體，其特征在于所述的閥體包括有背壓腔室和工作氣體腔室，所述的背壓腔室和工作氣體腔室分別外接高壓氣源，所述工作氣體腔室的底部設有出氣口并連接有通向托卡馬克裝置的真空室的管道；包括工字型閥芯，所述工字型閥芯的上、下端分別伸入到所述的背壓腔室和工作氣體腔室中， 工字型閥芯的下端抵在所述出氣口的口部，工字型閥芯的周圍環(huán)繞有平面螺旋線圈，所述平面螺旋線圈的二個接線端分別外接充電電容器的正負端。
2.根據(jù)權利要求1所述的等離子體破裂防護專用大氣量快速充氣閥，其特征在于所述的背壓腔室和工作氣體腔室之間采用橡膠圈密封。
3.根據(jù)權利要求1所述的等離子體破裂防護專用大氣量快速充氣閥，其特征在于所述的工字型閥芯采用鋁材料制成。
4.根據(jù)權利要求1所述的等離子體破裂防護專用大氣量快速充氣閥，其特征在于所述工字型閥芯的端部為圓錐形結構。
5.根據(jù)權利要求1所述的等離子體破裂防護專用大氣量快速充氣閥，其特征在于所述的平面螺旋線圈通過兩塊陶瓷圓盤固定在工字型閥芯的周圍。
全文摘要
本發(fā)明公開了一個可以應用于等離子體破裂緩解的可調氣量的快速充氣閥門，根據(jù)EAST托卡馬克等離子體破裂緩解的要求，必須在很短的時間內，一般在10個毫秒以內充入大量的惰性氣體，實現(xiàn)對等離子體破裂的緩解，以緩解托卡馬克裝置由于等離子體破裂而受到的損傷。本發(fā)明可以在5個毫秒的時間內向裝置內部充入大量的惰性氣體來緩解等離子體破裂的破壞，本發(fā)明的另一大優(yōu)點是其可以工作在強磁場附近，而不受磁場的影響，從使用效果來看，可以很好的起到破裂緩解的效果，該閥門的成功研制，對以后在EAST上進行破裂防護物理研究提供了一個堅實可靠的實驗工具。
文檔編號F16K31/06GK102155569SQ20111009028
公開日2011年8月17日 申請日期2011年4月12日 優(yōu)先權日2011年4月12日
發(fā)明者莊會東, 張曉東 申請人:中國科學院等離子體物理研究所