HT-7U托卡馬克真空抽氣系統(tǒng)分析.ppt

1、EAST 超導(dǎo)托卡馬克裝置真空抽氣系統(tǒng),真空系統(tǒng)在整個EAST 裝置中是非常重要的組成部分，外真空室為低溫超導(dǎo)提供絕緣環(huán)境，內(nèi)真空室為高溫的等離子體聚變提供了清潔環(huán)境。 隨著等離子體物理實驗的進(jìn)行，EAST 的真空抽氣系統(tǒng)也在不斷的改造和完善，為EAST 等離子體放電提供了良好的真空環(huán)境和器壁狀態(tài)，滿足等離子體放電物理實驗的需要。,EAST 超導(dǎo)托卡馬克裝置真空抽氣系統(tǒng),EAST 真空室主要由內(nèi)真空室、外真空室、低溫閥箱真空室三個相互獨立部分組成。,從以下幾個方面進(jìn)行簡要介紹 1、內(nèi)真空室抽氣系統(tǒng) 2、外真空室及低溫閥箱抽氣系統(tǒng) 3、真空抽氣系統(tǒng)的運行,1、內(nèi)真空室抽氣系統(tǒng),內(nèi)真空室是由16

2、個D 型截面的扇形全硬段焊接而成，最大能夠承受13 個大氣壓差，因而能夠與其它真空室分開獨立運行。主體材料為316L 不銹鋼，面向等離子體的第一壁為表面鍍有約100um SiC 涂層的GBST1308 （B 1% 、Si2.5%、Ti 7.5% 、C 89%）摻雜石墨材料56，體積約40 m3，內(nèi)表面積約162 m2 內(nèi)真空室主要為等離子體的穩(wěn)定運行提供超高真空環(huán)境，極限真空度需要高于210- 5 Pa。,1、內(nèi)真空室抽氣系統(tǒng),1、內(nèi)真空室抽氣系統(tǒng),EAST 內(nèi)真空抽氣系統(tǒng)為等離子體放電提供必要的清潔環(huán)境。 根據(jù)EAST 裝置內(nèi)真空室的結(jié)構(gòu)特點和熱核聚變裝置對真空系統(tǒng)的要求，內(nèi)真空室抽氣系統(tǒng)由

3、主抽氣系統(tǒng)、偏濾器抽氣系統(tǒng)和低雜波抽氣系統(tǒng)組成。,1、內(nèi)真空室抽氣系統(tǒng),主抽氣系統(tǒng)設(shè)計為前級匯總式三級抽氣，安裝在EAST 裝置的水平窗口的主抽管道0.8 m，長約6 m， 配備了3 臺F- 400 型， 名義抽速為3.5 m3/s 的渦輪分子泵和1 臺3K- T 型，名義抽速為2.5 m3/s 的復(fù)合分子泵做為主抽分子泵。分子泵前級出口通過波紋管、氣動蝶閥匯總到0.2 m 的前級管道， 在前級管道中配備了臺0.07 m3 的液N2 冷阱。前級抽氣由四套機(jī)組并聯(lián)而成，其中三套為名義抽速為0.6 m3/s 的ZJ- 600羅茨真空泵和名義抽速為0.07 m3/s 的2X- 70 旋片式機(jī)械泵串聯(lián)

4、，以提供粗抽及輝光清洗時所要求的大抽速；另外一套為名義抽速為0.6 m3/s 的FB- 600 復(fù)合分子泵機(jī)組，提供具有中使用。另外在主抽管道上還配備了4 臺外置低溫泵，每臺的名義抽速為對H2 為13 m3/s，對H2O為17 m3/s，對空氣為5.8 m3/s高壓縮比、高真空度的前級真空，在裝置抽極限和等離子放電,1、內(nèi)真空室抽氣系統(tǒng),由于在偏濾器位形等離子體放電過程中，粒子被特殊的磁場位形約束進(jìn)入偏濾器室，為了提高偏濾器粒子排除能力（密度控制、雜質(zhì)控制、聚變產(chǎn)物- He 的排除），防止粒子返流，需要大抽速的抽氣系統(tǒng)。偏濾器抽氣系統(tǒng)包括均勻布置在裝置上下窗口的6 臺外置低溫泵和1 套內(nèi)置式低

5、溫泵。在內(nèi)置式低溫泵運行的時候，內(nèi)管和外管分別流通著液He 和液N2。溫度冷卻到7.5 K大概需要3 h，內(nèi)置式低溫泵對D2 的抽速約為75 m3/s，飽和氣載量約為2500 Pam3。升溫到80 K 的再生過程大概需要0.5 h。,1、內(nèi)真空室抽氣系統(tǒng),由于低雜波天線內(nèi)有大量的波紋管，表面積相當(dāng)大，需要單獨抽氣，以防止其影響主真空室真空，同時也可以防止在高功率低雜波注入時天線饋口擊穿打火。低雜波抽氣系統(tǒng)包括1 臺名義抽速為3.5 m3/s 的F- 400 型的渦輪分子泵和1 臺外置低溫泵，基本實現(xiàn)低雜波系統(tǒng)的電流線圈及其核心部件對超高真空環(huán)境的要求。,1、內(nèi)真空室抽氣系統(tǒng),2、外真空室及低溫

6、閥箱抽氣系統(tǒng),外真空室主要包括裝置主機(jī)部分和電流引線段真空室。主機(jī)部分包含超導(dǎo)線圈和內(nèi)外冷屏等復(fù)雜的低溫系統(tǒng)部件，體積約160 m3。電流引線段是由兩個電流引線罐和傳輸線部分組成，體積約22 m3。 外真空室主要為超導(dǎo)磁體的正常運行提供真空絕熱條件，其設(shè)計指標(biāo)要求在室溫下真空度高于0.1 Pa，在超導(dǎo)態(tài)下真空度高于510- 4 Pa。電流引線罐和傳輸線真空度需要高于510- 4 Pa 。,2、外真空室及低溫閥箱抽氣系統(tǒng),2、外真空室及低溫閥箱抽氣系統(tǒng),裝置主外真空室抽氣系統(tǒng)部分如內(nèi)真空抽氣前級匯總式三級抽氣，分子泵為四臺名義抽速為1.5 m3/s 的F- 250 型渦輪分子泵，前級粗抽氣機(jī)組配

7、置與內(nèi)真空室前級機(jī)組相似。在外真空室降溫后，5 K 的超導(dǎo)磁體和80 K 的冷屏就相當(dāng)于一個巨大的低溫泵，大約能提供大于3.6 m3/s 的抽速。 電流引線段和低溫閥箱（CVB）部分主要是常規(guī)電線至超導(dǎo)電線間的過渡部分，其也是在真空低溫環(huán)境下，所有抽氣機(jī)組均采用的雙級式抽氣結(jié)構(gòu)，為名義抽速為0.6 m3/s 的復(fù)合分子泵機(jī)組組成。,3 、真空抽氣系統(tǒng)的運行,運行模式 EAST 抽氣系統(tǒng)一般操作程序為：首先啟動機(jī)械泵并對液氮冷阱充液氮，從旁通閥(V7.09)對主真空室進(jìn)行抽氣，當(dāng)真空到達(dá)1000 Pa 時，啟動羅茨泵并關(guān)閉旁通閥，打開（V7.04），當(dāng)真空到達(dá)10 Pa左右啟動主分子泵。在內(nèi)真空

8、室真空到達(dá)10- 2 Pa 時，啟動外置低溫泵抽氣，并抽極限；當(dāng)主真空室壓強(qiáng)低于10- 3 Pa，可以采用采用復(fù)合分子泵機(jī)組（P5.7、P6.7）作為前級。在等離子體放電期間根據(jù)需要啟動內(nèi)置式低溫泵。在檢漏和壁處理時，一般僅采用分子泵抽氣。外真空室內(nèi)的超導(dǎo)磁體處于常溫狀態(tài)時，一般采用外真空室主抽系統(tǒng)抽氣，并達(dá)到真空度高于0.1 Pa，低溫系統(tǒng)開始對磁體、冷屏等降溫，由于外真空室外低溫部件溫度降到工作溫度時，真空度可以維持高于510- 4 Pa，保證真空絕熱條件和防止氣體高壓擊穿。,3、真空抽氣系統(tǒng)的運行,運行過程 在EAST 真空系統(tǒng)的改造升級后，成功的完成了第三輪EAST 物理實驗任務(wù)。在裝

9、置窗口密封完畢后，采用三套羅茨泵機(jī)組對內(nèi)真空室粗抽。啟動機(jī)械泵抽氣，經(jīng)過約90 min，真空度可達(dá)1000 Pa，此時啟動羅茨泵抽氣，經(jīng)過約20 min后，真空度達(dá)到10 Pa,此時即啟動分子泵抽氣。整個抽氣過程如圖4 所示。,3、真空抽氣系統(tǒng)的運行,3、真空抽氣系統(tǒng)的運行,在完成對裝置檢漏后，開始對裝置進(jìn)行高溫烘烤，此時外置式低溫泵開始投入使用H2O 分壓低于110- 4 Pa 時，開始進(jìn)行He- GDC。在經(jīng)過約10 天的200 烘烤和約100 h 的He- GDC，內(nèi)真空室真空度可達(dá)3.110- 6 Pa。下圖為內(nèi)真空室抽氣與烘烤及GDC 期間殘余氣體變化曲線。,3、真空抽氣系統(tǒng)的運行,3、真空抽氣系統(tǒng)的運行,對于大型真空系統(tǒng)，一般采用靜態(tài)定容法測試漏放率，EAST 內(nèi)真空室的總的漏放氣率Q同樣也是使用此方法，先將真空室抽至本底真空度，再關(guān)閉所有閥門，隔斷抽氣系統(tǒng)，靜態(tài)升壓測試其總漏放氣率，如下圖所示：,3、真空抽氣系統(tǒng)的運行,3、真空抽氣系統(tǒng)的運行,Q = V P/t = 2.510- 4 Pam3/s 式中Q 為總的漏放氣率；V 為真空室體積；P為真空室壓強(qiáng)變化值；t 為測試時間；,總結(jié),EAST 超導(dǎo)托卡馬克裝置在2007 年通過國家驗收后，其真空抽氣系統(tǒng)在實驗過程的不斷改造和完善，目前EAST 裝