[发明专利]一种用于聚变装置的带有密封结构的液态锂注入装置

说明书

本发明公开了一种用于聚变装置的带有密封结构的液态锂注入装置，包括注锂管道内置热源的加热结构、热源的真空密封结构、液态锂的楔形密封结构设计。通过注锂管道内置热源，实现液态锂温度和流动性的有效控制；利用热源的真空密封结构可以维持液态锂注入系统的真空环境，保证液态锂不与空气中的O₂、N₂、H₂O和CO₂等发生反应；通过移动顶部波纹管控制液态锂的楔形密封结构，实现了聚变装置中液态锂注入通、断的控制。本发明提供了一种简单、经济、有效地解决聚变装置中液态锂第一壁材料的补充和更新，为未来聚变堆中液态锂第一壁的成功应用提供良好的技术基础。

技术领域

本发明涉及聚变反应堆技术领域，尤其涉及一种用于聚变装置的带有密封结构的液态锂注入装置。

背景技术

磁约束受控核聚变是解决人类能源及环境问题的重要途径之一。随着聚变装置的不断升级，等离子体与面对等离子体的壁材料(第一壁)的相互作用逐渐变强，由此引起壁材料的损伤及腐蚀加剧，严重影响聚变装置的运行安全。金属锂因具有优良的物理和化学性能而受到广泛关注，被选为面对等离子体第一壁的候选材料。研究表明液态锂第一壁与等离子体具有良好的兼容性，同时能改善等离子体性能，此外，液态锂能承受很高的表面热负荷且不易损坏，能有效保护基底材料。在托卡马克装置中，已开展了大量的关于液态锂第一壁研究工作，取得了丰硕的成果，但是也存在一定的困难性。原因有以下几点：1.锂是一种强化学活性的金属，极易与空气中的O₂、N₂、CO、H₂O、CO₂等杂质气体发生反应，造成污染。2.由于实验过程中锂的蒸发、溅射等会造成自身消耗损失，需要及时补充；但是，过量注入的高温液态锂溢出会对部件造成腐蚀或损伤。3. 注锂管道长且细，加热丝外置固定困难，两者贴合不紧密，加热效率低，会造成局部温度较低，甚至堵塞管道；另外，外置的加热丝可能会烧坏周围诊断部件。目前，市场上很难找到一种加热效率高，具有良好真空密封性能，又能在聚变装置中控制液态锂注入通断的部件。因此，设计一种能有效补充锂源且保证锂不被污染的液态锂注入的密封结构显得极为重要。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种用于聚变装置的带有密封结构的液态锂注入装置。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种用于聚变装置的带有密封结构的液态锂注入装置，包括有熔锂罐、储锂罐和两套分子泵机组，所述的储锂罐位于真空箱体内，在熔锂罐的外侧安装有加热装置，在熔锂罐的下方设有注锂管道，在熔锂罐和注锂管道的外侧还分别设有热电偶，所述的注锂管道的底部位于真空箱体内的储锂罐的上面，所述的两套分子泵机组分别与熔锂罐和真空箱体连接，在熔锂罐上设有投料口和氩气入口，氩气入口连接有高纯氩气充入管道，在氩气充入管道上安装有角阀，在熔锂罐上方固定安装有波纹管，在波纹管的上方固定安装有热源真空密封装置，在所述的熔锂罐内部设有铠装加热丝，所述的铠装加热丝的顶部冷端穿过波纹管并与热源真空密封装置固定连接，铠装加热丝的热端部分位于注锂管道内部，且伸入到真空箱体内部，所述的注锂管道的底端为锥形，铠装加热丝的底端为与注锂管底端相配合的倒锥形，当波纹管处于按压状态时，使铠装加热丝向下运动，铠装加热丝的底端堵住注锂管道的底端构成楔形密封结构，松开波纹管，波纹管复位，使铠装加热丝向上运动，铠装加热丝的底端与注锂管道的底端分开。

所述的注锂管道是φ10×600mm，壁厚1mm的SUS316无缝管；所述的铠装加热丝尺寸为φ5.0×1000mm，冷端长200mm，外部使用SUS316无缝管，内部填充氧化镁粉绝缘，冷端用玻璃粉密封。