可拆卸板式辉光放电电极及电极组件的制作方法

1.本发明属于聚变装置放电清洗技术，具体涉及一种可拆卸板式辉光放电电极及电极组件。


背景技术：

2.良好的第一壁条件是核聚变托卡马克装置获得和运行等离子体的必要条件。辉光放电清洗是托卡马克最成熟的放电清洗方式，放电电极作阳极、真空室内器壁作阴极，放电电极施加高压击穿气体在真空室内产生等离子体，等离子体离子流向第一壁且在鞘层作用下加速后轰击材料表面，发生物理或化学溅射从而实现对器壁表面杂质粒子的清除。
3.现有聚变实验装置中，固定式的辉光放电电极主要采用圆柱棒形、薄片式、块状等结构，此类结构对于大型或未来聚变堆中较大长、宽比的d型真空室内壁而言，将产生内部上、下区域的辉光不均匀或盲区。此外，大多数放电电极采用了连接方式较为简易的放电端面与真空电引线一体式设计，此连接方式在绝缘结构泄漏或失效时就必须更换整个电极和穿透窗口，同时电极位置一旦确定即无法宽范围的调节。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种可拆卸板式辉光放电电极及电极组件，其针对核聚变装置真空室内器壁的原位清洗，能够避免辉光不均匀或盲区的现象。
5.本发明的技术方案如下：
6.可拆卸板式辉光放电电极，为板式电极，其包括位于正面的平面a和两个弧面，其中两个弧面分别对称设于所述平面a上下方；包括位于侧面的平面b；还包括位于背面的长矩形平面和两个小矩形平面，其中所述的两个小矩形平面分别对称设于所述长矩形平面上下方；
7.所述的平面b的中段仍为两侧间距相等的矩形；
8.所述的平面a过渡连接弧面弯折形成上、下端面对称形式的后倾式结构；所述的长矩形平面和上下端的小矩形平面采用圆弧曲面过渡连接；
9.所述的板式电极的顶部和底部分别由圆弧平面对应连接上下端的弧面和小矩形平面形成曲面。
10.所述的板式电极的正面与侧面、侧面与背面均采用圆弧过渡曲面连接；在上下边和平面b的外侧边的连接部分或者在正面、背面和侧面的连接部分，均由双曲面平滑过渡。
11.所述的板式电极形成的面向等离子体的面积为(n
·s10
)，所有的板式电极的数量为n，需满足(n
·s10
)/s＞1/2000，s为核聚变装置真空室内器壁总面积。
12.所述的板式电极中，单个弧面长度a、平面a长度b、平面a与弧面的宽度c，需满足1/1.1＜a/c＜1.1/1和1/3＜a/b＜1/2。
13.所述的板式电极中，长矩形平面和上、下小矩形平面形成夹角β，且125
°
《β《150
°
。
14.所述的板式电极中，所述的平面a和弧面、所述的长矩形平面和小矩形平面采用圆
角过渡连接，半径r满足3mm《r《10mm。
15.所述的板式电极中，所述的长矩形平面和小矩形平面的宽度为c。
16.一种可拆卸板式辉光放电电极组件，包括板式电极、绝缘连接板、安装在板式电极上且穿过连接板上加工的绝缘组件定位孔的绝缘支撑，以及安装在连接板上电极支撑。
17.所述的绝缘支撑有两根，分别固定于板式电极的上下靠近端部的板面，其方向与板面垂直，通过紧固件固定；所述的绝缘连接板上对应的位置加工有定位孔，绝缘支撑上端分别穿过对应的定位孔，每个绝缘支撑的顶部安装紧固件；所述的电极支撑有两根，其位于两根绝缘支撑之间，电极极撑的底部通过紧固件固定于绝缘连接板的板面上，且方向与板面垂直。
18.本发明的显著效果如下：本装置适用于核聚变装置真空室内器壁的原位清洗，为托卡马克装置真空室器壁提供放电清洗。可实现更大范围的辉光均匀性，避免在较大长、宽比的d型真空室内部上、下区域出现辉光盲区，分体式组件在降低整体风险的同时也确保加工、安装和调节的便捷，能够满足大型托卡马克装置运行部件的可近性、安全性和可靠性。具体来说：
19.1板式电极的面向等离子体端面为平面且弧面过渡到上、下后倾式的结构，可有效提高整体辉光等离子体均匀性且避免在真空室内部上、下区域出现辉光盲区；
20.2板式电极上、下端为设计弯折形成后倾式结构，可有效屏蔽电子、离子从而保护传感器及真空电引线的连接端；
21.3板式电极后端下/上侧平面预留传感器连接端，为电极温度等参数监测功能提供了有效的物理接口；
22.4板式电极后端上/下侧平面的预留真空电引线连接端为电极供电提供了独立的物理接口；
23.5绝缘过渡板通过电极支撑与真空室形成刚性连接；
24.6采用板式电极、绝缘支撑、绝缘连接板、电极支撑组成的分体式结构，实现电极加工、安装、更换的便捷性，满足大型托卡马克装置运行部件的可近性、安全性和可靠性。
附图说明
25.图1为可拆卸板式辉光放电电极组件正面示意图；
26.图2为可拆卸板式辉光放电电极组件背面示意图；
27.图3为板式电极正面示意图；
28.图4为板式电极背面示意图；
29.图5为板式电极正面投影示意图；
30.图6为板式电极侧面投影示意图；
31.图中：1板式电极；2绝缘支撑；3绝缘连接板；4电极支撑；5绝缘组件定位孔；6传感器连接端；7真空电引线连接端；8紧固件。
32.101.平面a；102.平面b；103.弧面；104.长矩形平面；105.曲面；106.小矩形平面；107.双曲面。
具体实施方式
33.下面通过附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。
34.如图1和图2所示，可拆卸板式辉光放电电极组件包括：板式电极1、绝缘连接板3、安装在板式电极1上且穿过连接板3上加工的绝缘组件定位孔5的绝缘支撑2，以及安装在连接板3上电极支撑4；
35.其中，绝缘支撑2有两根，分别固定于板式电极1的上下靠近端部的板面，其方向与板面垂直，通过紧固件8固定，调节好位置之后实现固定；绝缘连接板3上对应的位置加工有定位孔5，使得上述的绝缘支撑2上端分别穿过对应的定位孔5，每个绝缘支撑2的顶部安装紧固件8实现固定与锁死；电极支撑4用于该组件与真空室内壁安装。
36.上述的电极支撑4有两根，其位于两根绝缘支撑2之间，电极极撑4的底部通过紧固件8固定于绝缘连接板3的板面上，且方向与板面垂直；可实现固定及锁死，并利用电极支撑4的长度实现垂直与板面的距离调节；每个电极支撑4顶部安装紧固件8用于与真空室内壁预留结构的安装连接和锁死。
37.如图3、图4、图5和图6所示，板式电极1的形状做了改进，
38.板式电极1的正面由一个平面a101和上下两个弧面103组成，电极正面整体结构为平面101过渡连接弧面103弯折形成上、下端面对称形式的后倾式结构；板式电极1的侧面主体为平面b102和若干圆角弧面组成；
39.板式电极1的背面主体由三个矩形平面(长矩形平面104和上下端的小矩形平面106)组成，平面间采用圆弧曲面过渡；
40.板式电极1的顶部和底部分别由圆弧平面连接板式电极1对应上下端的位于正面的弧面103和背面的平面106形成曲面105；板式电极1的正面与侧面、侧面与背面均采用圆弧过渡曲面连接；其中，在涉及三边(上下边和平面b102的外侧边)或者三面(正面、背面和侧面)的连接部分，由适应于各边/面的双曲面107平滑过渡。
41.板式电极1的结构控制参数一般指其电极面向等离子体的面积，通常情况下，按照核聚变装置真空室内结构特点及空间布局合理设置电极数量为n，电极面向等离子体的面积为(n
·s10
)。电极总体控制参数，即电极面积(n
·s10
)，
42.本结构中，满足(n
·s10
)/s＞1/2000，s为核聚变装置真空室内器壁总面积；
43.如图5所示，单个电极正面面向等离子体的区域由一个平面a101和两个弧面103组成，上、下端的弧面103为对称设计。单个电极面向等离子体的总面积为s
10
，即一个平面a101和两个弧面103面积之和，即s
10
＝s
101
s
103
。s
103
为两个弧面103面积之和，s
101
为平面a101面积；
44.如图5所示，单个电极正面总面积s
10
的主要尺寸控制参数为单个弧面103长度a、平面a101长度b、单个弧面103宽度c。其中，弧面103投影的长宽比a/c须满足1/1.1＜a/c＜1.1/1；同时，电极正视图中矩形平面a101和弧面103投影的长度比a/b满足1/3＜a/b＜1/2；并且矩形平面a101与弧面103宽度相同均为c。
45.如图6所示，弧面103的另一主要控制参数为曲面半径α，其中0.3b＜α＜0.6b，且弧面103一端连接矩形平面a101平滑过渡。
46.电极背面长矩形平面104和上、下小矩形平面106形成夹角β，且125
°
《β《150
°
；
47.电极侧面不规则平面b102分别与电极正面的平面a101和弧面103以及长矩形平面
104和上、下小矩形平面106采用圆角r过渡，且3mm《r《10mm。不规则平面b102的中段主体仍为两侧间距相等的矩形；
48.如图4和图6所示，电极背面主体三个矩形平面(长矩形平面104和上、下小矩形平面106)间同样采用圆角r形成的内凹曲面过渡。特别的，电极上、下端曲面105其主要控制参数为r，设计中采用半径为r的外凸曲面平滑过渡连接电极正面的弧面103和电极背面的小矩形平面106。电极上、下端四个顶点则由双曲面107构成，双曲面107则以适应于各相邻过渡圆角r以及曲面105平滑过渡为基本设计原则，最终形成双曲面结构形式。
49.如图4和图6所示，电极背面主体三个矩形平面(长矩形平面104和上、下小矩形平面106)的宽度采用与电极正面的一致性设计，即三个矩形平面宽度为c。电极背面三个矩形平面(长矩形平面104和上、下小矩形平面106)的长度设计原则以适应于曲面105、圆角r形成的内凹过渡曲面以及相邻各过渡圆角r为基本原则，背面三个矩形平面长度最终设计参数取整。
50.因此，板式电极实际尺寸参数设计确认及优化中，首先依据核聚变装置真空室内器壁总面积s和电极数量n确定单个电极正面总面积s
10
；然后再基于上述单个电极总面积s
10
的主要尺寸控制参数a、b、c比例关系、曲面半径α和角度β确定电极主要设计参数。
51.在电极背面主体两个小矩形平面106，分别安装传感器连接端6和真空电引线连接端7，实现板式电极1独立连接真空电引线，绝缘连接板3起到过渡支撑的作用，使其与组件整体支撑实现物理隔离；
52.安装时，电极支撑4首先采用焊接方式固定连接在托卡马克装置真空室本体内壁；离线安装，即将板式电极1通过绝缘支撑2和绝缘连接板3固定连接并调整好距离，在真空室内完成整体安装；此外，也可采用在线安装的方式，同样采用焊接方式固定电极支撑4，然后按照绝缘连接板3、绝缘支撑2、板式电极1的顺序进行装配和距离调整。
53.电极安装实施中可采用正向安装，即传感器连接端6位于上部；也可采用反向安装，即真空电引线连接端位于上部(传感器连接端6位于下部)的倒置安装形式。此有利于后端传感器连接线缆与真空电引线连接线缆电灵活布置。
54.具体实施中，需要时可进行电极离线安装和距离调节的逆向操作，即在线更换板式电极1或对其平面高度进行调节。
55.上面结合附图和实施案例对本发明作了详细说明，但本发明并不限于上述实施案例，所在领域技术人员具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明中未作详细描述的内容均可采用现有技术。