一种注入电子收集器的制作方法

本发明属于托卡马克装置注入电子的收集技术领域，更具体地，涉及一种注入电子收集器，用于托卡马克装置电子漂移注入实验。

背景技术：

在可控核聚变的研究过程中，实现托卡马克装置的低环电压启动意义重大，它既可以节省消耗于放电起动阶段的加热场伏秒数，从而为拉长等离子体放电持续时间创造条件，又可以降低对加热场电源的要求，节省大量经费。特别是对目前和下一代的大型超导托卡马克装置，出于超导极向场线圈安全运行的要求以及防止超导线圈失超频繁发生，研究电子漂移注入对降低托卡马克装置的环电压启动及等离子体约束输运性能的影响有深远的意义。

在托卡马克装置中进行电子漂移注入实验时，电子注入的条件，包括注入电子的密度、注入的角度，都可能会对托卡马克装置放电时降低启动环电压产生影响。因此，能够提高并得到准确的电子注入率、以及在该电子注入率下电子注入源的最佳电子密度和电子漂移注入器的最佳注入角度是实现电子漂移注入降低环电压启动的关键，因此必须收集到电子漂移注入时托卡马克装置内的注入电子；然而，目前尚没有用来收集漂移注入电子的装置。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种注入电子收集器，其目的在于收集托卡马克装置内的注入电子，并根据注入电子数量的变化来调整电子注入源的注入电子密度和电子注入器的注入角度，实现托卡马克装置的电子注入率的最大化。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种注入电子收集器，包括依次相连的注入电子收集单元、偏压电源单元、数据采集处理单元和调节单元；调节单元的输出端用于连接外部电子注入器和电子注入源；

其中，注入电子收集单元用于收集注入电子；偏压电源单元用于给注入电子提供偏压，将注入电子输送到数据采集处理单元；数据采集处理单元用于采集注入电子电流，并根据注入电子电流确定注入电子数量，并对前后两个固定时间间隔内的注入电子数量进行比较，获取注入电子数量差；调节单元根据该注入电子数量差来自适应地调整电子注入源的电子密度和电子注入器的注入角度，最终确定托卡马克装置具有最大注入电子率时，对应的电子注入源的最佳电子密度和电子注入器的最佳注入角度。

优选地，上述注入电子收集器，其注入电子收集单元包括正面电子收集板、反面电子收集板、绝缘板、支撑架和两根连接导线；

其中，正面电子收集板和反面电子收集板分别紧贴在绝缘板两侧；支撑架固定在绝缘板上，用于将注入电子收集器与外部的高度调节装置相连；两根连接导线的一端分别与正、反面电子收集板相连，从绝缘板和支撑架中穿过，另一端则分别与偏压电源单元相连；

绝缘板用于正面电子收集板与反面电子收集板之间的绝缘，以及正、反面电子收集板与支撑架之间的绝缘；导线用于传输注入电子；

工作时，注入电子收集单元通过其支架经由托卡马克装置的窗口置于托卡马克装置内，并可在外部高度调节装置的配合下在托卡马克装置内上下移动。

优选的，上述注入电子收集器，其正面电子收集板垂直于纵场且板面对着顺磁力线的方向放置，用于捕捉电子漂移注入时托卡马克装置内顺磁力线方向的电子；其反面电子收集板垂直于纵场且板面对着逆磁力线的方向放置，用于捕捉电子漂移注入时托卡马克装置内逆磁力线方向的电子；工作时，使注入电子收集单元在托卡马克装置内垂直于纵场的一维方向上上下移动。

优选地，上述注入电子收集器，其绝缘板为T型结构，正面电子收集板、反面电子收集板均为倒L型结构，以使注入电子收集单元形成稳定结构；正面电子收集板和反面电子收集板的表面和边缘光滑，以防止注入电子收集单元在托卡马克装置内移动时出现打火现象。

优选地，上述注入电子收集器，其绝缘板的厚度为4mm～8mm。

优选地，上述注入电子收集器，其偏压电源单元提供的电压为40V～80V直流电压，以防止对数据采集处理单元造成大的电磁干扰。

优选地，上述注入电子收集器，其数据采集处理单元的采集处理精度在微安电流量级。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得下列有益效果：

(1)本发明提供的注入电子收集器，可在真空条件和单通纵场的条件下，获得较准确的电子漂移注入时的注入电子率，并且能够在垂直于纵场的一维方向上上下移动调节，探求注入电子在托卡马克装置内的运动轨迹；为电子漂移注入时调节注入电子密度和注入电子角度提供依据；并通过前后两个固定时间间隔内的注入电子数量差，来调节电子注入源的注入电子密度和电子漂移注入器的注入电子角度，从而在托卡马克装置内获得最大的电子注入率；

(2)本发明提供的注入电子收集器，

在托卡马克装置内真空和单通纵场条件下运行时不会给装置引入杂质；并且其注入电子收集单元的机械结构简单，便于加工和安装；

(3)本发明提供的注入电子收集器，其数据采集处理单元可采用DSP芯片，数据处理速度较快，精度较高，进而获得快且准的注入电子密度调节和角度调节。

附图说明

图1是实施例提供的注入电子收集器的功能框图；

图2是实施例提供的注入电子收集器的注入电子手机单元的机械原理示意图；

图3是实施例提供的注入电子收集器在J-TEXT装置应用中的示意图；

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-正面电子收集板、2-反面电子收集板、3-T型的绝缘板、4-支撑架、5-连接导线5。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例提供的注入电子收集器，其功能及原理如图1所示；包括依次相连的注入电子收集单元、偏压电源单元、数据采集处理单元和调节单元；

注入电子收集单元在偏压电源单元的作用下收集托卡马克装置内的注入电子，经过数据采集处理单元获得托卡马克装置内的注入电子的数量，数据采集处理单元将前后两个固定时间间隔内采集到的电子注入的数量进行比较，获得前后两个固定时间间隔内的注入电子数量差；调节单元根据该注入电子数量差的变化来调节外部电子注入源的电子密度大小，以及电子漂移注入器的注入角度。

据采集单元可实时获取所述注入电子数量差，调节单元根据注入电子数量差的实时变化自适应地调整电子注入源的电子密度，以及电子漂移注入器的注入角度；具体地，当前后两个固定时间间隔的注入电子数量差Δn_e(k)>0时，将电子注入源的电子密度及电子漂移注入器的角度按照上一步调节的方向进一步调节；当前后两个固定时间间隔的注入电子数量差Δn_e(k)＝0时，保持电子注入源的电子密度及电子漂移注入器的角度不变；当前后两个固定时间间隔的注入电子数量差Δn_e(k)<0时，将电子注入源的电子密度及电子漂移注入器的角度按照与上一步调节方向相反的方向调节；从而获得托卡马克装置内电子漂移注入的最大电子注入率；其中，Δn_e(k)＝n_e(k)-n_e(k-1)，n_e(k)是第k个时间间隔的注入电子数量，n_e(k-1)是第(k-1)个时间间隔的注入电子数量。

具体应用中，根据托卡马克装置的窗口大小(R＝40mm)和限位器的具体位置来设计注入电子收集器的注入电子收集单元的尺寸；实施例提供的这种注入电子收集器，其注入电子收集单元的结构如图2所示，包括L型的正面电子收集板1、L型的反面电子收集板2、T型的绝缘板3、支撑架4和连接导线5；正面电子收集板1和反面电子收集板2安装于绝缘板3的两侧，导线5一端连接正、反面电子收集板，并从绝缘板和支撑架4的孔洞内穿过，另一端与偏压电源单元相连；整个注入电子收集单元通过支撑架4与位于托卡马克装置外的高度调节装置连接，以使得整个注入电子收集单元可在托卡马克装置内移动。

实施例中，其注入电子收集单元的长为50mm，宽为70cm，收集板厚度2mm，绝缘板厚度5mm；各个板的拐角垂直，注入电子收集板的表面光滑。

图3所示，是实施例提供的这种注入电子收集器在托卡马克可控核聚变装置应用中的结构示意图，根据托卡马克装置的半径大小与外部限位器的具体位置将注入电子调节器放置在托卡马克内与纵场垂直的方向上，正面电子收集板1垂直于纵场且板面对着顺磁力线的方向，反面电子收集板2垂直于纵场且板面对着逆磁力线的方向。

工作时，整个注入电子收集器上电后，调节单元根据数据采集处理单元的输出信号对外部电子注入源的电子密度及电子漂移注入器的角度进行自动调节，最终获得托卡马克内电子漂移注入的最大电子注入率。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。