一种用于聚变装置内部腔室硼化的预处理装置及其应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114645261A(43)申请公布日2022.06.21(21)申请号202011496965.6(22)申请日2020.12.17(71)申请人新奥科技发展有限公司地址065001河北省廊坊市开发区广阳道北(72)发明人田小让张国松赵鑫吴超孟垂舟(74)专利代理机构北京开阳星知识产权代理有限公司11710专利代理师王璐要然(51)Int.Cl.C23C16/28(2006.01)C23C16/452(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图1页(54)发明名称一种用于聚变装置内部腔室硼化的预处理装置及其应用(57)摘要本发明涉及聚变装置的硼化技术，具体公开了一种用于聚变装置内部腔室硼化的预处理装置及其应用。本发明通过在聚变装置的外部设置预电离室对硼粉进行预电离，从而避免了对聚变装置真空室内部真空度等条件稳定性的影响，同时杜绝了污染物的带入，能够对聚变装置真空室的已有硼膜随时进行补强。预电离后的硼离子在进入聚变装置真空室内部后，在聚变反应放电的同时就能够进行对真空室内壁的硼化，无需额外的硼化步骤，简化了操作步骤，可满足未来聚变装置将运行很长的脉冲(即准稳态)或者运行于稳态放电的需要。CN114645261ACN114645261A权利要求书1/1页1.一种用于聚变装置内部腔室硼化的预处理装置，其特征在于，所述预处理装置包括预电离室、阀门与滤网；所述预电离室设置在所述聚变装置外，在所述预电离室上设有硼粉注入口；所述阀门设置在所述预电离室与所述聚变装置之间，用于联通二者空腔内环境，并控制预电离室中的气体进入聚变装置；所述滤网设置在所述阀门的一侧，用于防止预电离室中未经电离的硼粉进入所述聚变装置。2.根据权利要求1所述的预处理装置，其特征在于，所述预电离室为差分腔。3.根据权利要求1所述的预处理装置，其特征在于，所述阀门为插板阀。4.根据权利要求1所述的预处理装置，其特征在于，所述滤网设置在所述阀门与所述预电离室之间，滤网的孔径＜50微米。5.根据权利要求1所述的预处理装置，其特征在于，所述预电离室外绕有磁场线圈，用于产生轴向磁场。6.根据权利要求1所述的预处理装置，其特征在于，所述预电离室外设有射频电源。7.根据权利要求1所述的预处理装置，其特征在于，所述预处理装置还包括用于调节所述预电离室气压的抽真空设备。8.根据权利要求1‑7任一项所述的预处理装置，其特征在于，所述预电离室与所述聚变装置的空腔容积比例为1:250‑1:550,优选为1:300。9.一种利用权利要求1‑8任一项所述预处理装置对聚变装置真空室进行实时硼化的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)向预电离室内通入气体，并在抽真空设备的作用下，使预电离室气压为聚变装置真空室气压的100倍以上，利用射频电源在预电离室内产生稳定的等离子体；(2)向预电离室内注入硼粉，使硼粉在等离子体作用下电离成硼离子；(3)打开阀门，使电离后的硼离子在气压差的作用下扩散到聚变装置的真空室内；(4)在聚变装置等离子体放电的条件下，使进入聚变装置的硼离子发生硼化。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述硼粉的粒径为50微米‑300微米，优选为80微米，硼粉的注入速率为10mg/min‑200mg/min，优选为100mg/min。2CN114645261A说明书1/4页一种用于聚变装置内部腔室硼化的预处理装置及其应用技术领域[0001]本发明涉及聚变装置的硼化技术，尤其涉及一种用于聚变装置内部腔室硼化的预处理装置。背景技术[0002]对聚变装置腔室内的等离子体杂质离子进行抑制，是实现受控热核聚变必须解决的重大问题之一。托卡马克核聚变装置物理实验中，高温等离子体与装置腔室内壁发生碰撞作用，使得腔壁释放各种杂质进入到装置腔室内的等离子体中，杂质会损耗等离子体的能量，从而造成等离子体能量的巨大损失。在核聚变真空腔室内壁生长硼膜层，可有效抑制内壁中的金属杂质和氧、碳杂质逸出，有效防止了内壁材料作为杂质被碰撞后进入到腔室内部并混入到等离子体中的几率，减小等离子体放电能量损失，大大改善等离子性能。[0003]这种保护方法的发展形成了一种称为硼化的技术，通过采用硼氢化合物如B2H6、B10H14、有机硼化物如B(CH3)3或固态硼粉作为硼源，以化学气相沉积的方式在相应的腔室材料内壁上生长一层硼膜。[0004]然而，在进行硼化时，需要对聚变反应的等离子体放电进行中止，且硼源注入聚变装置内部前需开腔破坏装置内部稳定的真空环境。如此则不能满足将来的聚变装置将运行很长的脉冲(即准稳态)或者运行于稳态放电的需要。[0005]因此，急需开发一种不破坏聚变装置真空稳定状态的硼化技术。发明内容[0006]为了解决现有技术中存在的问题，本发