【摘 要】
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中性束注入器(Neutral Beam Injector,简称NBI)是一套用于产生高能带电粒子束并对其进行中性化、最终将高能中性粒子束注入到聚变装置内用来加热等离子体、驱动等离子体电流的装置,而真空系统又是NBI系统各组成成分中不可或缺的一部分。随着核聚变研究的不断深入,对NBI的运行参数要求不断提高,传统的外接真空泵组已经完全不能满足NBI对大抽速的需求。与低温冷凝泵相比,低温吸附泵具有极限真
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中性束注入器（Neutral Beam Injector,简称NBI）是一套用于产生高能带电粒子束并对其进行中性化、最终将高能中性粒子束注入到聚变装置内用来加热等离子体、驱动等离子体电流的装置,而真空系统又是NBI系统各组成成分中不可或缺的一部分。随着核聚变研究的不断深入,对NBI的运行参数要求不断提高,传统的外接真空泵组已经完全不能满足NBI对大抽速的需求。与低温冷凝泵相比,低温吸附泵具有极限真空度高、稳定性好等典型优点,因此面向中国聚变工程实验堆（China Fusion Engineering Test Reactor,CFETR）负离子源中性束注入装置（Negative ion based Neutral Beam Injector,简称NNBI）验证样机真空系统选用专门设计的内置迫流冷却式低温吸附泵显然是最适宜的选择。故搭建抽气性能测试平台对专门设计的内置迫流冷却式低温吸附泵的抽气性能进行验证具有十分重要的意义。文章首先介绍了核聚变的发展历程以及中性束注入加热对于核聚变装置EAST和未来中国聚变工程实验堆（CFETR）的必要性,通过目前的EAST NBI装置引入到未来的CFETR NNBI验证样机。然后介绍了CFETR NNBI验证样机的组成结构以及其工作原理,通过对真空系统抽气机理的描述,将低温吸附泵和低温冷凝泵作比较,突出了低温吸附泵能抽除核聚变反应产生的氦、极限真空度高等典型优点,为CFETR NNBI验证样机低温泵的选型奠定了基础。为了验证设计的低温吸附泵的抽速、抽气容量、再生特性等是否满足CFETR NNBI验证样机真空系统的使用需求,设计建造了专门的抽气性能测试系统对研制的低温吸附泵的性能进行全面测试研究。该抽气性能测试系统包括专门设计的抽速测试罩、进气系统、真空测量系统、辅助抽气系统以及温度控制系统等部分。而该测试系统的主体是由低温吸附泵和抽速测试罩组成的真空室,为了验证设计的抽气性能测试系统的合理性,通过三维绘图软件Solidworks对真空室进行了绘制,并用基于蒙特卡罗方法的Molflow软件对设计的真空室结构进行了模拟分析以及实验验证。结果表明:在10-4—10-2pa量级内,真空室内的压力分布沿气体分子运动方向逐渐降低,且随着进气量的增加,真空室内压力也随之增加,增加趋势大致成线性关系,表明系统抽气性能稳定,从而证明该抽气性能测试系统的合理性。本文的研究结果为未来CFETR NNBI验证样机低温吸附泵的性能评估以及低温吸附泵抽气性能的进一步测试研究提供了有力支持。图[31]表[8]参[51]
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