本發(fā)明屬于托卡馬克裝置注入電子的收集技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種注入電子收集器，用于托卡馬克裝置電子漂移注入實(shí)驗(yàn)。

背景技術(shù)：

在可控核聚變的研究過程中，實(shí)現(xiàn)托卡馬克裝置的低環(huán)電壓?jiǎn)?dòng)意義重大，它既可以節(jié)省消耗于放電起動(dòng)階段的加熱場(chǎng)伏秒數(shù)，從而為拉長(zhǎng)等離子體放電持續(xù)時(shí)間創(chuàng)造條件，又可以降低對(duì)加熱場(chǎng)電源的要求，節(jié)省大量經(jīng)費(fèi)。特別是對(duì)目前和下一代的大型超導(dǎo)托卡馬克裝置，出于超導(dǎo)極向場(chǎng)線圈安全運(yùn)行的要求以及防止超導(dǎo)線圈失超頻繁發(fā)生，研究電子漂移注入對(duì)降低托卡馬克裝置的環(huán)電壓?jiǎn)?dòng)及等離子體約束輸運(yùn)性能的影響有深遠(yuǎn)的意義。

在托卡馬克裝置中進(jìn)行電子漂移注入實(shí)驗(yàn)時(shí)，電子注入的條件，包括注入電子的密度、注入的角度，都可能會(huì)對(duì)托卡馬克裝置放電時(shí)降低啟動(dòng)環(huán)電壓產(chǎn)生影響。因此，能夠提高并得到準(zhǔn)確的電子注入率、以及在該電子注入率下電子注入源的最佳電子密度和電子漂移注入器的最佳注入角度是實(shí)現(xiàn)電子漂移注入降低環(huán)電壓?jiǎn)?dòng)的關(guān)鍵，因此必須收集到電子漂移注入時(shí)托卡馬克裝置內(nèi)的注入電子；然而，目前尚沒有用來收集漂移注入電子的裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種注入電子收集器，其目的在于收集托卡馬克裝置內(nèi)的注入電子，并根據(jù)注入電子數(shù)量的變化來調(diào)整電子注入源的注入電子密度和電子注入器的注入角度，實(shí)現(xiàn)托卡馬克裝置的電子注入率的最大化。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種注入電子收集器，包括依次相連的注入電子收集單元、偏壓電源單元、數(shù)據(jù)采集處理單元和調(diào)節(jié)單元；調(diào)節(jié)單元的輸出端用于連接外部電子注入器和電子注入源；

其中，注入電子收集單元用于收集注入電子；偏壓電源單元用于給注入電子提供偏壓，將注入電子輸送到數(shù)據(jù)采集處理單元；數(shù)據(jù)采集處理單元用于采集注入電子電流，并根據(jù)注入電子電流確定注入電子數(shù)量，并對(duì)前后兩個(gè)固定時(shí)間間隔內(nèi)的注入電子數(shù)量進(jìn)行比較，獲取注入電子數(shù)量差；調(diào)節(jié)單元根據(jù)該注入電子數(shù)量差來自適應(yīng)地調(diào)整電子注入源的電子密度和電子注入器的注入角度，最終確定托卡馬克裝置具有最大注入電子率時(shí)，對(duì)應(yīng)的電子注入源的最佳電子密度和電子注入器的最佳注入角度。

優(yōu)選地，上述注入電子收集器，其注入電子收集單元包括正面電子收集板、反面電子收集板、絕緣板、支撐架和兩根連接導(dǎo)線；

其中，正面電子收集板和反面電子收集板分別緊貼在絕緣板兩側(cè)；支撐架固定在絕緣板上，用于將注入電子收集器與外部的高度調(diào)節(jié)裝置相連；兩根連接導(dǎo)線的一端分別與正、反面電子收集板相連，從絕緣板和支撐架中穿過，另一端則分別與偏壓電源單元相連；

絕緣板用于正面電子收集板與反面電子收集板之間的絕緣，以及正、反面電子收集板與支撐架之間的絕緣；導(dǎo)線用于傳輸注入電子；

工作時(shí)，注入電子收集單元通過其支架經(jīng)由托卡馬克裝置的窗口置于托卡馬克裝置內(nèi)，并可在外部高度調(diào)節(jié)裝置的配合下在托卡馬克裝置內(nèi)上下移動(dòng)。

優(yōu)選的，上述注入電子收集器，其正面電子收集板垂直于縱場(chǎng)且板面對(duì)著順磁力線的方向放置，用于捕捉電子漂移注入時(shí)托卡馬克裝置內(nèi)順磁力線方向的電子；其反面電子收集板垂直于縱場(chǎng)且板面對(duì)著逆磁力線的方向放置，用于捕捉電子漂移注入時(shí)托卡馬克裝置內(nèi)逆磁力線方向的電子；工作時(shí)，使注入電子收集單元在托卡馬克裝置內(nèi)垂直于縱場(chǎng)的一維方向上上下移動(dòng)。

優(yōu)選地，上述注入電子收集器，其絕緣板為T型結(jié)構(gòu)，正面電子收集板、反面電子收集板均為倒L型結(jié)構(gòu)，以使注入電子收集單元形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；正面電子收集板和反面電子收集板的表面和邊緣光滑，以防止注入電子收集單元在托卡馬克裝置內(nèi)移動(dòng)時(shí)出現(xiàn)打火現(xiàn)象。

優(yōu)選地，上述注入電子收集器，其絕緣板的厚度為4mm～8mm。

優(yōu)選地，上述注入電子收集器，其偏壓電源單元提供的電壓為40V～80V直流電壓，以防止對(duì)數(shù)據(jù)采集處理單元造成大的電磁干擾。

優(yōu)選地，上述注入電子收集器，其數(shù)據(jù)采集處理單元的采集處理精度在微安電流量級(jí)。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案，能夠取得下列有益效果：

(1)本發(fā)明提供的注入電子收集器，可在真空條件和單通縱場(chǎng)的條件下，獲得較準(zhǔn)確的電子漂移注入時(shí)的注入電子率，并且能夠在垂直于縱場(chǎng)的一維方向上上下移動(dòng)調(diào)節(jié)，探求注入電子在托卡馬克裝置內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡；為電子漂移注入時(shí)調(diào)節(jié)注入電子密度和注入電子角度提供依據(jù)；并通過前后兩個(gè)固定時(shí)間間隔內(nèi)的注入電子數(shù)量差，來調(diào)節(jié)電子注入源的注入電子密度和電子漂移注入器的注入電子角度，從而在托卡馬克裝置內(nèi)獲得最大的電子注入率；

(2)本發(fā)明提供的注入電子收集器，

在托卡馬克裝置內(nèi)真空和單通縱場(chǎng)條件下運(yùn)行時(shí)不會(huì)給裝置引入雜質(zhì)；并且其注入電子收集單元的機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于加工和安裝；

(3)本發(fā)明提供的注入電子收集器，其數(shù)據(jù)采集處理單元可采用DSP芯片，數(shù)據(jù)處理速度較快，精度較高，進(jìn)而獲得快且準(zhǔn)的注入電子密度調(diào)節(jié)和角度調(diào)節(jié)。

附圖說明

圖1是實(shí)施例提供的注入電子收集器的功能框圖；

圖2是實(shí)施例提供的注入電子收集器的注入電子手機(jī)單元的機(jī)械原理示意圖；

圖3是實(shí)施例提供的注入電子收集器在J-TEXT裝置應(yīng)用中的示意圖；

在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中：1-正面電子收集板、2-反面電子收集板、3-T型的絕緣板、4-支撐架、5-連接導(dǎo)線5。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

實(shí)施例提供的注入電子收集器，其功能及原理如圖1所示；包括依次相連的注入電子收集單元、偏壓電源單元、數(shù)據(jù)采集處理單元和調(diào)節(jié)單元；

注入電子收集單元在偏壓電源單元的作用下收集托卡馬克裝置內(nèi)的注入電子，經(jīng)過數(shù)據(jù)采集處理單元獲得托卡馬克裝置內(nèi)的注入電子的數(shù)量，數(shù)據(jù)采集處理單元將前后兩個(gè)固定時(shí)間間隔內(nèi)采集到的電子注入的數(shù)量進(jìn)行比較，獲得前后兩個(gè)固定時(shí)間間隔內(nèi)的注入電子數(shù)量差；調(diào)節(jié)單元根據(jù)該注入電子數(shù)量差的變化來調(diào)節(jié)外部電子注入源的電子密度大小，以及電子漂移注入器的注入角度。

據(jù)采集單元可實(shí)時(shí)獲取所述注入電子數(shù)量差，調(diào)節(jié)單元根據(jù)注入電子數(shù)量差的實(shí)時(shí)變化自適應(yīng)地調(diào)整電子注入源的電子密度，以及電子漂移注入器的注入角度；具體地，當(dāng)前后兩個(gè)固定時(shí)間間隔的注入電子數(shù)量差Δn_e(k)>0時(shí)，將電子注入源的電子密度及電子漂移注入器的角度按照上一步調(diào)節(jié)的方向進(jìn)一步調(diào)節(jié)；當(dāng)前后兩個(gè)固定時(shí)間間隔的注入電子數(shù)量差Δn_e(k)＝0時(shí)，保持電子注入源的電子密度及電子漂移注入器的角度不變；當(dāng)前后兩個(gè)固定時(shí)間間隔的注入電子數(shù)量差Δn_e(k)<0時(shí)，將電子注入源的電子密度及電子漂移注入器的角度按照與上一步調(diào)節(jié)方向相反的方向調(diào)節(jié)；從而獲得托卡馬克裝置內(nèi)電子漂移注入的最大電子注入率；其中，Δn_e(k)＝n_e(k)-n_e(k-1)，n_e(k)是第k個(gè)時(shí)間間隔的注入電子數(shù)量，n_e(k-1)是第(k-1)個(gè)時(shí)間間隔的注入電子數(shù)量。

具體應(yīng)用中，根據(jù)托卡馬克裝置的窗口大小(R＝40mm)和限位器的具體位置來設(shè)計(jì)注入電子收集器的注入電子收集單元的尺寸；實(shí)施例提供的這種注入電子收集器，其注入電子收集單元的結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括L型的正面電子收集板1、L型的反面電子收集板2、T型的絕緣板3、支撐架4和連接導(dǎo)線5；正面電子收集板1和反面電子收集板2安裝于絕緣板3的兩側(cè)，導(dǎo)線5一端連接正、反面電子收集板，并從絕緣板和支撐架4的孔洞內(nèi)穿過，另一端與偏壓電源單元相連；整個(gè)注入電子收集單元通過支撐架4與位于托卡馬克裝置外的高度調(diào)節(jié)裝置連接，以使得整個(gè)注入電子收集單元可在托卡馬克裝置內(nèi)移動(dòng)。

實(shí)施例中，其注入電子收集單元的長(zhǎng)為50mm，寬為70cm，收集板厚度2mm，絕緣板厚度5mm；各個(gè)板的拐角垂直，注入電子收集板的表面光滑。

圖3所示，是實(shí)施例提供的這種注入電子收集器在托卡馬克可控核聚變裝置應(yīng)用中的結(jié)構(gòu)示意圖，根據(jù)托卡馬克裝置的半徑大小與外部限位器的具體位置將注入電子調(diào)節(jié)器放置在托卡馬克內(nèi)與縱場(chǎng)垂直的方向上，正面電子收集板1垂直于縱場(chǎng)且板面對(duì)著順磁力線的方向，反面電子收集板2垂直于縱場(chǎng)且板面對(duì)著逆磁力線的方向。

工作時(shí)，整個(gè)注入電子收集器上電后，調(diào)節(jié)單元根據(jù)數(shù)據(jù)采集處理單元的輸出信號(hào)對(duì)外部電子注入源的電子密度及電子漂移注入器的角度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，最終獲得托卡馬克內(nèi)電子漂移注入的最大電子注入率。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。