[发明专利]湍流动量输运探针阵列

说明书

技术领域

本发明属于核聚变技术领域，具体涉及一种湍流动量输运探针阵列。

背景技术

等离子体微湍流引起的粒子和能量的反常输运是人类寻求磁约束聚变能道路上所遇到的主要困难之一，因此，反常输运问题一直是核聚变研究中的焦点。根据托卡马克等离子体的约束性能可知，边缘等离子体的性质对整体等离子体的约束性能起着至关重要的作用，而边缘区域的粒子和能量输运过程主要是由静电涨落引起的。因此，理解边缘等离子体静电涨落的性质和物理机制对改善等离子体整个约束性能有着重要的意义。然而，目前尚没有有效手段对边缘等离子体非线性能量输运和湍流动量输运的性质和物理机制进行研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种湍流动量输运探针阵列，通过该探针阵列可以在放电中对HL-2A托卡马克装置的等离子体的宏观参数进行测量，进而研究HL-2A托卡马克装置边缘的等离子体非线性能量输运和湍流动量输运及其反常输运的特性。

为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种湍流动量输运探针阵列，该装置包括21根热解石墨探针、绝缘套、热解石墨保护套A、21根引线铜管、固定连接件、电缆引线、活动插头和连接板；所述热解石墨保护套A的下部为长方体，长方体下部开有矩形槽，矩形槽的下端与连接板连接形成矩形空腔；热解石墨保护套A的上部为中间高两边逐渐降低的双向4台阶对称结构，位于中间的两个台阶合成一体，21根热解石墨探针平均分成7排，每排3根，7排探针平行排布于中间及两边的各级台阶上，且21根热解石墨探针的下端均位于矩形空腔中同一水平面上；每根热解石墨探针的下端均与一根引线铜管的上端连接，每根引线铜管的下端通过电缆引线汇集在一起；连接板的中心开有中心孔，在连接板的下侧中心处设置有上窄下宽中心对称的阶梯状空腔固定连接件，且固定连接件上端与连接板的中心孔相通；汇集在一起的电缆引线穿过连接板的中心孔，进入固定连接件内部，且汇集在一起的电缆引线的下端连接有活动插头；在热解石墨保护套A与连接板形成的矩形空腔中，且在各个引线铜管之间设置有绝缘套，每根热解石墨探针的下端均位于绝缘套中，每根引线铜管的下端均位于绝缘套的外部。

在所述固定连接件的阶梯与连接板之间对称设置有热解石墨保护套B。

所述热解石墨保护套A每个台阶上相邻的热解石墨探针的间距为5mm。

所述热解石墨保护套A相邻台阶上的一排探针的间距为5mm。

所述热解石墨保护套A相邻台阶的径向间距为2.5mm。

所述绝缘套的材料为氮化硼。

所述固定连接件的材料为不锈钢。

所述连接板的材料为不锈钢。

本发明所取得的有益效果为：

通过本发明所述湍流动量输运探针阵列可以在放电中对HL-2A托卡马克装置开展长程径向、极向和环向相关等离子体宏观参数的测量，这些参数包括边缘非线性能量输运，湍流动量输运、通量，雷诺协强分布，湍流调制能量、动量和粒子输运，以及剪切流的形成，对这些参数利用谱相关分析方法进行分析，可以得到HL-2A托卡马克装置边缘的等离子体静电涨落及其反常输运的特性，以便研究从刮离层到磁分界面之间以及磁分界面以内等离子体的各种信息和输运机制。

(1)本发明所述湍流动量输运探针阵列采用热解石墨(PG)材料制成，同时采用了全屏蔽式的热解石墨保护套结构，因热解石墨材料纯度高、溅射小、传导系数高、使用寿命长，对等离子体的污染小，因此确保了测量的等离子体边缘参数分布数据准确可靠；

(2)本发明所述湍流动量输运探针阵列为双向4台阶21针探针阵列，能够全面测得边缘等离子体的宏观参数，可使双向4台阶的探针在极向和环向同一台阶两组探针处在同一磁面上，为大尺度的相关测量提供了保障；

(3)本发明所述湍流动量输运探针阵列采用插件式结构，可在放电的间隔期间随时更换，即当探针损坏时，在放电的间隔期间可将探针组件拉到主等离子体外的管道中，关闭隔离插板阀，更换探针组件。

综上所述，本发明所述湍流动量输运探针阵列在研究等离子体边缘物理性质中具有相当重要的作用，为聚变等离子体的反常输运机理研究提供实验依据，为国际热核反应堆(ITER)实验提供数据资料和运行经验。

附图说明

图1为本发明所述湍流动量输运探针阵列剖视图；

图2为本发明所述湍流动量输运探针阵列外观图；

图中：1、热解石墨探针；2、绝缘套；3、热解石墨保护套A；4、引线铜管；5、热解石墨保护套B；6、固定连接件；7、电缆引线；8、活动插头；9、连接板。