[发明专利]一种主动冷却耐高温电绝缘防腐蚀粒子流热头探针

说明书

本发明公开了一种主动冷却耐高温电绝缘防腐蚀粒子流热头探针，包括有位于前端且用于与等离子体接触的钨瓦，钨瓦与铜片紧密连接，铜片下部设置有柱热沉，柱热沉内部为空心结构，柱热沉的内腔中安装有同轴的水冷内轴，水冷内轴内部和外部分别分布有旋向相反的内螺旋片、外螺旋片，水冷内轴的下端连接有进液管，柱热沉的下端连接有出液管；冷却介质从进液管进入水冷内轴内部，通过内螺旋片向前旋转前进，直接到达柱热沉的前端内部，经过换热后再通过外螺旋片向后旋转流出，进而通过出液管导出。本发明探针安装简便、冷却效率高、绝缘性能良好、抗干扰性好、诊断准确率高，可广泛应用于聚变工程、高能物理、加速器、锅炉、压力容器、压力管道领域。

技术领域

本发明涉及一种主动冷却耐高温电绝缘防腐蚀粒子流热头探针属于聚变工程领域。

背景技术

在不同的核聚变实验托卡马克装置上，科学家先后选择石墨、碳纤维复合材料、钨等作为偏滤器靶板的面对等离子体材料，这些材料经过科学家长期实验研究，聚变界普遍认为钨或者其合金最有希望作为今后聚变堆偏滤器面向等离子体材料。限制器位形相对比较简单，它可以把等离子体与壁相互作用的区域集中到特殊设计的限制器表面，但是刮削层（中的热流与高能粒子会造成限制器材料较强的刻烛，这些来自限制器的杂质粒子很容易污染芯部等离子体。偏滤器的实质就是使托卡马克中产生些开放磁力线（面），使之形成种具有磁分离面的特殊磁场位形，在磁分离面里面是等离子体主约束区，外面就是具有开放磁力线（面）的刮削层区域。由于带电粒子沿磁场运动的速度要比横越磁场的速度大得多，从等离子体中扩散出来的粒子或从第壁处产生的杂质大都被这些开放磁力线扫到偏滤器室中去了。偏滤器巳经成为现代磁约束聚变装置的关键部件之，它是聚变装置中热流和粒子流的收集器和交换器。

装置运行期间面对等离子体材料将受到高能离子、电子和中性粒子的轰击，导致壁材料原子作为杂质进入等离子体，这也将缩短壁材料的使用寿命。除了长脉冲运行，来自等离子体的高强度粒子流、热流以及破裂、边缘局域模和起弧等瞬态事件也会对第一壁造成很大损伤。采用三探针阵列的偏滤器靶板探针诊断，可以测量偏滤器区域的电子密度、电子温度、压强、靶板表面入射粒子通量以及热通量的时空分布演化，进而为研究偏滤器物理、等离子体与器壁相互作用提供重要信息。在EAST 托卡马克装置上，以前的全石墨偏滤器靶板探针诊断为等离子体所Nature Physics、Physical Review Letters、NuclearFusion等一系列顶尖物理类科技论文的发表提供了重要实验数据，同时也为等离子体的位形控制提供了非常直观的信息，因此偏滤器靶板探针是一种非常重要的等离子体诊断基本工具。

所以，对于偏滤器和靶板的粒子流和热流分布情况的检测非常重要，目前偏滤器和靶板离子饱和流、电子温度、电子密度和热流的检测通用方法为探针检测。为提高耐高温特性，探针前端使用钨、石墨、碳纤维复合材料等耐高温材料，但不论何种材料，在面对聚变装置中1~20MW/cm2的热流量时都无法进行长时间检测，都极易在短时间内烧毁。由此，偏滤器和靶板探针的短脉冲及不能耐高温特性成为制约探针发展的主要瓶颈。

发明内容

本发明的目的就是为解决现有技术缺陷，提供一种可长时间使用的耐高温高强度偏滤器和靶板粒子流检测探针。该探针结构简单可靠，强度好，冷却效率高，工艺优良，成本低廉，能有效满足聚变工程、高能物理和加速器物理中使用的偏滤器和靶板粒子流检测探针。

本发明采用的技术方案是：

一种主动冷却耐高温电绝缘防腐蚀粒子流热头探针，其特征在于：包括有位于前端且 用于与等离子体接触的钨瓦，钨瓦与铜片紧密连接，铜片下部设置有柱热沉，柱热沉内部为 空心结构，柱热沉的内腔中安装有同轴的水冷内轴，水冷内轴内部和外部分别分布有旋向 相反的内螺旋片、外螺旋片，水冷内轴的下端连接有进液管，柱热沉的下端连接有出液管； 冷却介质从进液管进入水冷内轴内部，通过内螺旋片向前旋转前进，直接到达柱热沉的前 端内部，经过换热后再通过外螺旋片向后旋转流出，进而通过出液管导出。