NBI系统高功率原型离子提取器网格的制造进展状况

《IEEE Transactions on Plasma Science》：Status of the Progress of Fabrication of High Power Prototype Ion Extractor Grid for NBI System

稳态超导托卡马克中性束注入系统离子提取器grid制造技术研究，采用摩擦焊接技术连接SS304L与OFE铜，通过SEM和EDS分析验证焊接冶金结合强度，CNC加工grid满足尺寸精度要求，铜电极沉积工艺保障冷却通道密封性，LCD和X射线探伤确认通道连续性，0.44 MW/m2热负荷下最大表面温度150°C，验证冷却系统可靠性。

　　

摘要：

稳态超导托卡马克（SST）中性束注入（NBI）系统配备了一个离子提取装置，该装置由三个栅格组成，每个栅格上都有多个形状独特的孔径，用于在55 kV电压下提取90安培的氢离子电流。在束流运行过程中，栅格会吸收热量，这些热量通过内置的水冷通道被带走。栅格的离子光学设计对各个尺寸有严格的要求，这使得工程设计及制造过程变得相当复杂。本文介绍了在开发用于成功制造原型加速栅格（PAG）的相关技术和工艺方面所取得的进展。为了制造供水系统中的水接头，采用了摩擦焊接（FW）技术将SS304L合金棒与无氧电子铜板（OFE）连接在一起。对摩擦焊接样品进行的扫描电子显微镜（SEM）和能量色散X射线光谱（EDS）分析表明：焊接界面处发生了再结晶现象；由于摩擦产生的热量和锻造压力，在铜侧形成了细小的晶粒结构。元素在接头界面处发生扩散，从而增强了SS合金与铜之间的冶金结合强度。通过对CNC加工后的栅格进行坐标测量机（CMM）检测，确认其尺寸符合设计规格。加工出的冷却通道和集管凹槽采用了一种称为铜电沉积（ED）的工艺进行表面处理。通过液晶显示器（LCD）测试和射线照相（RT）检测验证了冷却通道的连续性，结果令人满意。稳态计算流体动力学（CFD）分析显示，在最大热负荷为0.44 MW/m2、水流速为0.22 kg/s、温度为20°C、流速为10.5 m/s的条件下，最大表面温度低于150°C。从原型栅格的制造及验收测试中获得的经验将为NBI系统实际尺寸的离子提取栅格的制造提供重要参考，以支持印度的相关研究项目...

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