專利名稱：湍流與帶狀流極向和環(huán)向模數(shù)徑向傳播探針系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種觀察電場、電位和密度擾動的探針系統(tǒng)，具體涉及一種湍流與帶 狀流極向和環(huán)向模數(shù)徑向傳播探針系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
等離子體微湍流能引起粒子和能量的反常輸運。根據(jù)托馬克等離子體的約束性能 可知，邊緣等離子體的性質(zhì)對整體等離子體的約束性能起至關(guān)重要的作用，而邊緣區(qū)域的 粒子和能量輸運過程主要是由靜電漲落引起的。因此，理解邊緣靜電漲落的性質(zhì)和物理機 制對改善等離子體整個約束性能有著重要的意義。等離子體宏觀參數(shù)如電位、電場和密度 擾動的低頻和測地聲模帶狀流、準相關(guān)模和高頻湍流的極向和環(huán)向模數(shù)對稱性和徑向傳播 等在邊緣物理研究中是極其重要的參數(shù)，其測量、相關(guān)譜分析、邊緣等離子體靜電漲落、反 常輸運的特性，對研究從刮離層到磁分界面之間以及磁分界面以內(nèi)等離子體的各種信息和 輸運機制具有非常重要的意義。反常輸運問題一直是聚變研究中的焦點，它通過與背景湍流的非線性相互作用對 湍流輸運進行調(diào)節(jié)，改善約束狀況。另外，大量的實驗結(jié)果表明約束的改進與旋轉(zhuǎn)速度的 增加和邊緣漲落的下降密切相關(guān)。已經(jīng)采用多種形式的靜電探針組來測量邊緣等離子體參 數(shù)及其徑向分布，研究邊緣湍流輸運特性。但是，它的使用壽命受到高熱負荷的限制，而且 測量的準確性和精度也不是很好。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的開展長程極向和環(huán)向相關(guān)的測量和研究，獲得電位、電場和密度擾 動的低頻和測地聲模帶狀流、準相關(guān)模和高頻湍流的極向和環(huán)向模數(shù)對稱性和徑向傳播以 及它們的三維空間結(jié)構(gòu)。實施本發(fā)明的方案一種湍流與帶狀流極向和環(huán)向模數(shù)徑向傳播探針系統(tǒng)包括 十針耙子型、六針三臺階式和十二針梳狀型三套探針組件。十針耙子型的探針組件的十個 探針等間距地鑲嵌在一個長方體陶瓷絕緣塊內(nèi)，該絕緣塊由一個長方體的固定卡件套好卡 緊，固定卡件的外部用一個保護套套住卡緊，保護套的頂部開有比探針直徑稍大的十個孔， 探針的上部伸出保護套，探針的下部與絕緣塊的下端面平齊，并且連著電纜引線。固定卡件 的下部通過固定板與圓筒形的固定連接件的頂部連接，電纜引線穿過固定板，并與活動插 頭連接。十二針梳狀型探針組件的十二個探針由上至下均勻地固定在一個圓柱形的絕緣塊 上，在其外部套一個圓筒形的外罩，探針的一端伸出外罩，另一端連接著電纜引線，外罩的 下部通過一個圓筒固定在固定板上，固定板固定在固定連接件的頂部。另一固定板連接著 六針三臺階式探針組件，該探針組件的頂部為呈三臺階式的圓臺形在每個臺階上分布著六 個探針，探針的下部鑲嵌在絕緣塊內(nèi)，并且與引線銅管連接，引線銅管的另一端連接著電纜 引線，在絕緣塊外部套著一個外罩，探針組件的下部固定在固定板上，電纜引線穿過固定連 接件，并在其內(nèi)部與活動插頭連接。
上述的探針均采用熱解石墨材料。上述的外罩和保護套均采用全屏蔽式熱解石墨材料。上述的十針耙子型、六針三臺階式和十二針梳狀型三套探針組件外部光滑，且電 纜引線的底部均連接著活動插頭，為插件式組件，可隨時更換探針系統(tǒng)。本發(fā)明的有益效果1、使用本裝置獲得了電位、電場和密度擾動的低頻和測地聲 模帶狀流、準相關(guān)模和高頻湍流的極向和環(huán)向模數(shù)對稱性和徑向傳播以及它們的三維空間 結(jié)構(gòu)；2、探針組件采用熱解石墨材料和全屏蔽式的熱解石墨保護套結(jié)構(gòu)，因熱解石墨材料 純度高、濺射小、使用壽命長，對等離子體的污染小，測量的等離子體邊緣參數(shù)分布數(shù)據(jù)準 確可靠，具體的試驗數(shù)據(jù)低頻和測地聲模帶狀流的極向/環(huán)向模數(shù)分別為m 0/n 0， 且具有有限的徑向波數(shù)；徑向傳播的徑向相速度為υ r_pha ^ 0. 33km/s ；帶狀流的幅度隨電 子回旋加熱注入功率的增加而增加，且測地聲模帶狀流的頻率也隨之增加；降低安全因子， 低頻帶狀流的幅度增加，測地聲模的幅度減少。


圖1本探針系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2十針耙子型探針組件結(jié)構(gòu)圖；圖3六針三臺階式和十二針梳狀型探針組件結(jié)構(gòu)圖；圖4十針耙子型，六針三臺階式和十二針梳狀型探針組件在HL-2A中的方位圖。圖中1_探針；2-絕緣塊；3-保護套；4-固定卡件；5-電纜引線；6_活動插頭； 7_固定板；8-固定連接件；9-外罩；10-頂緊螺釘；11-固定卡件；12-電纜引線；13-活動插 頭；14-探針；15-引線銅管；16-頂塊；17-固定板；18-電纜引線；19-固定連接件；20-活 動插頭；21-探針；22-頂塊；23-活動插頭；24-絕緣塊；25-電纜引線；26-外罩；27-圓筒； 28-固定板；29-絕緣塊。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明的一種湍流與帶狀流極向和環(huán)向模數(shù)徑向傳播探 針系統(tǒng)。如圖1和2所示，該系統(tǒng)包括十針耙子型、六針三臺階式和十二針梳狀型三套探針 組件。這三個探針組件可任意插拔、組合。如圖1和2所示，在這三個組件的底部均有一個 外壁光滑的圓筒形固定連接件8、11、27和19。這些固定連接件內(nèi)有一個與電纜引線相連接 的活動插頭，這樣便于插拔和更換、組合。但是為了觀測對應(yīng)電位、電場和密度擾動的低頻 和測地聲模帶狀流，以及三維結(jié)構(gòu)，三個探針組件的結(jié)構(gòu)各不相同。如圖1所示，十針耙子 型探針組件，其主體外形如耙子型。該組件包括探針1、絕緣塊2、保護套3、固定卡件4、電 纜引線5、活動插頭6、、固定板7、固定連接件8。10個熱解石墨探針1均勻地分布在一個 長方體陶瓷絕緣塊2內(nèi)，在絕緣塊2的外部用一個內(nèi)部尺寸為44X30X10的長方體的固定 卡件4卡緊，并在上部用一個全屏蔽式熱解石墨保護套3套住絕緣塊2和卡緊固定卡件4， 而10個探針1通過設(shè)在保護套3上部的孔伸出外部3mm，探針直徑2mm，間距為4mm。探針 1的下部與絕緣塊2的下底面平齊，并通過電纜引線5與處在一個圓筒形的固定連接件8內(nèi) 部的活動插頭6連接，固定連接件8的外壁光滑，并且外壁上設(shè)有兩個孔，其上部用螺釘通過固定板7與固定卡件4固定，并且固定板7與固定連接件8中部均開設(shè)有通孔，便于電纜 引線5穿過連接處于固定連接件8內(nèi)部的活動插頭6。如圖2所示，六針三臺階式探針組件包括六根直徑為2mm的石墨探針14、圓柱體的 陶瓷絕緣塊29、頂部呈三臺階式的圓筒形外罩9、引線銅管15、電纜引線12、固定卡件11、 緊固螺釘10、卡塊16、活動插頭13、固定板17。陶瓷絕緣塊29的外側(cè)下部由一個圓筒形的 固定卡件11通過卡塊16將絕緣塊卡住，防止其下滑。在固定卡件11的外部由上至下扣上 一個頂部呈三臺階式的外罩9，并通過頂緊螺釘10固定好固定卡件11和絕緣塊29。外罩 9頂部的三個臺階間距為4mm，并且上部設(shè)有與探針直徑相匹配的通孔，六根探針14分別穿 過通孔插到絕緣塊29內(nèi)，并與設(shè)在絕緣塊29內(nèi)的引線銅管15相連，引線銅管15連接電纜 引線12，電纜引線12處于固定卡件11內(nèi)部并且下部與活動插頭13相連。六探針組件通過 固定板17用螺釘和圓筒形的固定連接件19連接。如圖2所示，十二針梳狀探針組件包括十二根直徑為2mm的石墨探針21、圓柱形陶 瓷絕緣塊24、電纜引線25、外罩26、頂塊22、圓筒27、固定板28和活動插頭23。該探針組 件整體上看起來像一個梳子，十二根探針21均勻地固定在陶瓷絕緣塊24內(nèi)，一側(cè)與絕緣塊 24的外壁平齊，另一側(cè)伸出絕緣塊24和熱解石墨外罩26的外部3mm，在絕緣塊24外側(cè)設(shè) 有一個熱解石墨外罩26，在外罩26內(nèi)側(cè)下部設(shè)有兩個相對的頂塊22，用于固定絕緣塊24， 防止其下滑，外罩26設(shè)有12個與探針21大小匹配的通孔，探針21穿過通孔伸出外罩26。 在外罩26的下部設(shè)有一個圓筒27支撐和固定外罩26，電纜引線25放在圓筒27內(nèi)并與活 動插頭23連接。用螺釘將固定連接件19和圓筒27連接，固定十二針梳狀探針組件。如圖 2所示，六探針三臺階式探針組件和十二針梳狀探針組件下部的活動插頭13和23分別與電 纜引線18連接，電纜引線18穿過固定連接件19側(cè)壁上的孔，并與處于固定連接件19內(nèi)底 部的活動插頭20連接。這三個探針組件相互獨立，通過不同位置的組合連接電源后可進行電位、電場和 密度擾動的低頻和測地聲模帶狀流，以及三維分布的試驗，并取得了很好的實驗結(jié)果。如圖 4所示，該探針系統(tǒng)在中國環(huán)流器二號AHL-2A裝置實驗如圖排列分布，利用該探針系統(tǒng)首 次同時觀測到電位、電場和密度擾動的極向和環(huán)向的對稱性和徑向傳播特性，以及三維空 間結(jié)構(gòu)，證實了理論預(yù)言低頻和測地聲模帶狀流的極向/環(huán)向模數(shù)對稱性分別為m 0/ η 0，且具有有限的徑向波數(shù)，屬國際領(lǐng)先。在該裝置中，每個探針組件可以隨時插拔、組 合，這樣使用更換方便。探針組件結(jié)構(gòu)采用全屏蔽式熱解石墨材料，減小了對主等離子體的 污染，延長了探針的使用壽命，有效地保護了絕緣陶瓷座和金屬部件，確保了測量數(shù)據(jù)的準 確性和可靠性。整套結(jié)構(gòu)采用插件式組件，可在放電的間隔期間隨時更換。這種探針結(jié)構(gòu) 設(shè)計具有創(chuàng)新性，屬國際先進水平。
權(quán)利要求
一種湍流與帶狀流極向和環(huán)向模數(shù)徑向傳播探針系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括十針耙子型、六針三臺階式和十二針梳狀型三套探針組件；十針耙子型的探針組件的十個探針(1)等間距地鑲嵌在一個長方體陶瓷絕緣塊(2)內(nèi)，該絕緣塊(2)由一個長方體的固定卡件(4)套好卡緊，固定卡件(4)的外部用一個保護套(3)套住卡緊，保護套(3)的頂部開有比探針(1)直徑稍大的十個孔，探針(1)的上部伸出保護套(3)一定距離，探針(1)的下部與絕緣塊(2)的下端面平齊，并且連著電纜引線(5)；固定卡件(4)的下部通過固定板(7)與圓筒形的固定連接件(8)的頂部連接，電纜引線(5)穿過固定板(7)，并與活動插頭(6)連接；十二針梳狀型探針組件的十二個探針(21)由上至下均勻地固定在一個圓柱形的絕緣塊(24)上，在其外部套一個圓筒形的外罩(26)，探針(21)的一端伸出外罩(26)，另一端連接著電纜引線(25)，外罩(26)的下部通過一個圓筒(27)固定在固定板(28)上，固定板(28)固定在固定連接件(19)的頂部；另一固定板(17)連接著六針三臺階式探針組件；該探針組件的頂部為呈三臺階式的圓臺形在每個臺階上分布著六個探針(14)，探針(14)的下部鑲嵌在絕緣塊(29)內(nèi)，并且與引線銅管(15)連接，引線銅管(15)的另一端連接著電纜引線(12)，在絕緣塊(29)外部套著一個外罩(9)，探針組件的下部固定在固定板(17)上，電纜引線(12)穿過固定連接件(19)，并在其內(nèi)部與活動插頭(20)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種湍流與帶狀流極向和環(huán)向模數(shù)徑向傳播探針系統(tǒng)，其特 征在于上述的探針(1)、(14)和(21)均采用熱解石墨材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種湍流與帶狀流極向和環(huán)向模數(shù)徑向傳播探針系統(tǒng)，其特 征在于上述的外罩(9)、(26)和保護套(3)均采用全屏蔽式熱解石墨材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種湍流與帶狀流極向和環(huán)向模數(shù)徑向傳播探針系統(tǒng)，其特 征在于上述的十針耙子型、六針三臺階式和十二針梳狀型三套探針組件外部光滑，且電纜 引線(5)、(12)、(25)和(18)的底部均連接著活動插頭，為插件式組件，可隨時更換探針系 統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種湍流與帶狀流極向和環(huán)向模數(shù)徑向傳播探針系統(tǒng)，包括十針耙子型、六針三臺階式和十二針梳狀型三套探針組件。每個探針組件均采用熱解石墨探針，并且在其外部設(shè)有熱解石墨材料的外罩或者保護套，每個組件的底部設(shè)有活動插頭，使得探針組件可以隨時插拔。每個探針組件相互獨立可任意組合。使用本裝置獲得了電位、電場和密度擾動的低頻和測地聲模帶狀流、準相關(guān)模和高頻湍流的極向和環(huán)向模數(shù)對稱性和徑向傳播以及它們的三維空間結(jié)構(gòu)；探針組件采用熱解石墨材料和全屏蔽式的熱解石墨保護套結(jié)構(gòu)，因熱解石墨材料純度高、濺射小、使用壽命長，對等離子體的污染小，測量的等離子體邊緣參數(shù)分布數(shù)據(jù)準確可靠。
文檔編號G01R1/073GK101887072SQ20091013634
公開日2010年11月17日 申請日期2009年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月11日
發(fā)明者嚴龍文, 洪文玉 申請人:核工業(yè)西南物理研究院