EAST 高频弹丸注入装置主要用于完成EAST 托卡马克装置的加料和边界局域模(ELM) 实验研究。注入器主体部分已经完成构建，为了使系统安全连接到EAST 装置，需要设计一套对应的真空系统。高频弹丸注入装置真空系统采用了全新的设计，在注入器主体上连接三个缓冲室，将推进气体及时抽走，降低成冰室压强以此提高成冰质量。注入器与EAST 装置通过两级差分系统连接，进一步降低装置压强至5×10^-4 Pa量级，完成与EAST 的安全连接不影响正常放电。

　　EAST 是地球上首个全超导非圆横截面托卡马克配置。自2006 年首先取得胜利充放来党，实验设定参数设置能够得到源源不断不断提高。在等亚铁离子体高独立性进行传统模式(H-mode)下席卷的界限局域模(ELM)会对配置首壁诱发较大的热冲击性，大幅度降低首壁建材使用的使用时长。咋样想要对一种物理现象已是成为了能让聚变界一款难搞的事情。较新的的钻研反映出，高頻弹丸装入高技术不是种行之更好的调节ELM 的行为。参考使用高速度弹丸装入配置的设定，打造打了个套全新的的高頻弹丸装入配置。新系統的氢/氘弹丸至高装入速度可以达到50 Hz，为了能让足够新系統对机械泵度的标准要求，想要设定做一套机械泵系統。

1、概述

　　低频弹丸注入装置于2012 年首次投入EAST实验，能以最高10 Hz 的工作频率发射氢/氘弹丸为EAST 装置加料。为了保证在运行过程中，推进气体(氦气)不会大量进入EAST 主真空室中，低频弹丸注入装置采用了两级差分的真空系统设计，其结构如图1 所示。第一级差分室体积17 L连接一体积355 L 膨胀室，用抽速470 L/s 的罗兹泵机组抽气；第二级差分室体积17 L 直接连接FF-200 复合分子泵机组抽气。在运行过程中，能保证第二级差分真空度维持在10^-4 Pa 左右，在这样的真空环境下，推进气体对EAST 主真空的影响可忽略。但是低频弹丸系统在长时间连续工作的情况下，第二级差分室真空度会慢慢变差，需要暂停运行一段时间，等真空度恢复到正常水平，才能继续工作。因为大量推进气体会在第一级差分处积累，不能被及时抽走。

图1 高频弹丸传递设施3D构造图 　　高頻弹丸赋予设施与粉红噪声整体常见远离一样，也是合理利用液氦下滑冷凝水氢/ 氘的实验室气体，凭借自动化设备挤压成型、水刀切割的模式结合弹丸，然后用高压力氦气强度弹丸凭借细长供水管道转到到EAST 主高压气别墅地下室。高頻弹丸为很久径1.5 mm，尺寸1.2 至1.8 mm 可调式的圆柱体体，其释放出点强度表明控制在的深化的实验室气体压强其他，在150 至250 m/s 直接变动。除此之上，高頻整体的大工做平率更是高达50 Hz，释放出点每发弹丸也许是需要消耗脂肪20-30 mbar·L 的氦气，这样的大量的氦气不实时抽走，会会影响力到EAST 设施的正确充放电。为了更好地解除氦气的会影响力，并克服害怕粉红噪声整体会存在的毛病，运用粉红噪声弹丸整体的两极差分结构设计方案，并在这儿基本上做下些改善，设计方案了这套高頻弹丸赋予设施高压气整体。 　　高频率弹丸赋予装备机械泵泵整体性主要的由缓解区室，两极差分室，机械泵泵泵组，或者机械泵泵侧量控制部件和连到输送管道等组成的。只为为了保证推动气物没有流入EAST 主机械泵泵室，还要三倍了两极差分室的机械泵泵度，即连到EAST 主机械泵泵室的必要条件，具体情况见表1。采用了两极差分室的空间机构来设定，也可以最大化程度的变少流入EAST 主机械泵泵室的气量。机械泵泵各控制部件装置在支马路上，重心与赋予器赋予管线持续同一个能力宽度，其空间机构表示图甲2 图甲中。新的机械泵泵整体性将缓解区室移至赋予器整体中下部，在弹丸生产t加速阶段性实现传播和抽走一部分氦气的帮助。新的缓解区室来设定显然减减少了尾部两极差分室的工做电机负载，还小臭提供了弹丸成冰的質量和安全性。 表1 两极差分室的工作任务正空度想要

图2 高频率弹丸赋予系统三维图提示图

2、真空差分系统设计

　　2.1、降低室装修设计 　　坐版的弹丸装入器有两个单独自主的装入软件，每间软件才可以以25 Hz 的次数单独自主任务试射弹丸。高頻的特点对软件的安全性入宪了让，是为了增长弹丸的机头服务质理和安全性，在弹丸机头和快速软件上接连一些缓存数据室。缓存数据室与弹丸机头和快速软件的接连简图，如图甲图示3 图示。图2 中的抽蒸空整体环境室1、抽蒸空整体环境室2 和抽蒸空整体环境室3 首尾相联，相同分为了缓存数据室，见图4，而抽蒸空整体环境室4 则主要了抽蒸空整体环境软件后侧的检查室、和有级差分室。弹丸快速这段时间，落实有机废气气体对外扩散到缓存数据室的二个抽蒸空整体环境空间内，被抽蒸空整体环境泵组抽走，减低挤压成型成冰空间内的落实有机废气气总面积，最后增长成冰服务质理。

图3 弹丸浇注和减速系统的简图

　　一套弹丸加速和成型系统已经制造完成，并做了一些基本的台面测试，得到了一些初步的测试数据，其中每发弹丸造成的气体载荷分布见表2。由于弹丸注入器正常工作时气载很大，尤其是缓冲室中的真空室2，因此选用大抽速470 L/s的罗兹泵机组(WAU2001/SV630B)来作为真空室2 的泵组， 选用抽速203 L/s 的罗兹泵机组(WAU1001/SV300B)作为真空室1 的泵组。真空室3 连接挤压成冰室，主要用于抽除废冰和废气，选用的是抽速16.6 L/s 的无油涡旋真空泵(GWSP10000)。

图4 缓冲区室架构简图

　　由于初步测试时只采用了一套弹丸加速和成型系统，并且初期测试所用的泵组与后续两套一并安装时所用泵组并不一致，需要对缓冲室的体积结构等重新进行设计，充分考虑两套系统同时以最大载荷工作的情况。为了能够最大限度的发挥真空泵机组的性能，保证将推进气体尽量地排出，设计初均假设罗兹泵机组工作在最大抽速，也就是假定工作压强为百帕量级，初步假设为500 Pa。考虑了气载、压强、连接管道等因素后，选定三个真空室体积均为21.43 L。真空室1用内径100 mm，长度3.3 m 的管道连接罗兹泵机组；真空室2 用内径150 mm，长度3.3 m 的管道连接罗兹泵机组；真空室3 用普通KF40 接头(内径约为35 mm)，长1 m 波纹管连接。

表2 单发弹丸全面推进气味受力生长

　　只能按照最前面的假说，途径中的评均压强，这三个进口真空室的P D 值均多于0.67 Pa·m，途径中的流态为粘滞流。只能按照环流的情况，选定流导公式计算出(1)来计算出：

　　代入动态数据，高压气室1 给水管流导为20303 L/s，高压气室2 给水管流导为102784 L/s， 高压气室3 给水管流导为1005 L/s。再选择高效抽速函数(2)，计算的各高压气泵的高效抽速：

　　代入得，重力作用室1 罗兹泵工作热泵机组更效果抽速201 L/s，重力作用室2 罗兹泵工作热泵机组更效果抽速467 L/s，重力作用室3无油版涡旋式重力作用泵更效果抽速为11.5 L/s。由前面计算出来能够的更效果抽速，并依据公式换算(3)计算出来抽气静态平衡时，重力作用别墅地下室的压强：

　　而气体载荷又根据单发弹丸的气载(取最大值)乘上频率，也就是最大频率50 Hz，可得真空室1 的气载为3×10⁴ Pa·L/s，真空室2 的气载为7.5×10⁴ Pa·L/s，真空室3 的气载为1×10⁴ Pa·L/s。将各数据代入，得真空室1 的实际稳态工作压强为150 Pa，真空室2 的实际稳态工作压强为161 Pa，真空室3 的实际稳态工作压强是869 Pa。查看个泵组的工作压强- 抽速曲线，均能达到最大抽速，而因为管道连接部件的流导非常大，所以实际的工作压强对上述的计算过程影响非常小，可以直接认为计算结果与初期的假设是吻合的。所以说缓冲室的设计在理论上是可行的，可以满足设计要求，降低了推进气体进入挤压成冰室的可能，提高了成冰质量。

　　2.2、多级差分室设计制作 　　是为了进的两步的减少软件系统化的压强， 可达与EAST 主真空体泵软件系统对接的环境，必须要采用了二级差分真空体泵软件系统室的设计。二级差分室的注意使用是进的两步的抽除多余的东西的发展乙炔气氦气，使二、级差分室的压强维持在10-4 频度或下列，担保高频率弹丸植入软件系统化在一般运作环节中够一般与EAST 主真空体泵软件系统对接，而不关系EAST 系统的一般发出电。 　　二级差分室在结构特征上类似，好几个真空系统室的占地全部都是约17 L，均利用机械设备泵前级融洽Turbo-V1001 原子泵抽气，对氦气的抽速在870 L/s 两边。首要级差分室：

　　前面表二中气体载荷分布数据，是在缓冲室均连接机械泵的情况下得到的，而我们重新搭建的系统采用的是大抽速的罗兹泵机组，除此之外，我们还会将诊断室的一个法兰连接到缓冲室二号罗兹泵机组上。在这样的情况下，前面提到的单发弹丸进入到图3 中真空室4 的气体载荷应该会大大减小。单发弹丸引入的推进气体按照30 mbar·L 来记，经过模拟计算，其中29 mbar·L的气体都会被前端的两套罗兹泵机组和干泵抽走，进入到第一级差分室的气量大约为1 mbar·L。分子泵直接连接在差分室下部，流导很大，

　　对泵的抽速影响很小。我们可以认为泵的额定抽速即为有效抽速870 L/s，按照50 Hz 最大频率计算，气体载荷为5×10³ Pa·L/s，再代入式(3)，计算可得此时的压强大概为5.74 Pa。分子泵在Pa量级抽速有所下降，我们重新计算，取抽速为600 L/s，再次代入式(3)，得到压强为8.33 Pa。第二级差分室：

　　推进气体在进入第二级差分室之前，需要经过一段内径6 mm，长度2 m 的细长管道。根据平均压强公式，细管内的平均压强约为4 Pa，PD≈0.24 Pa·m，介于6.65×10^-3 Pa·m 和0.67 Pa·m之间，处于粘滞- 分子流。根据粘滞- 分子流流导公式(4)：

　　查相关表格知J 约为3.08，代入式(4)得管道流导为4.02×10^-2 L/s，最大气体流量为Q=U×8=3.21×10^-1 Pa.L/s。在根据公式(3)，得第二级差分室的压强不会大于3.69×10^-4 Pa，小于表2中对第二级差分真空的工作状态要求。基本可以忽略高频弹丸系统推进气体对EAST 装置的影响。

　　2.3、真空体量测系統

　　为了能实时地监测各部分真空状况，保证系统的各部件能够正常运作，在缓冲室以及两级差分室上都安装有测量用规管。缓冲室正常工作时的压强较高，大致在百帕量级；而两级差分室的工作压强较低，主要是第二级差分室正常运行时的压强要求保持在10^-4 Pa 以下。

　　除了弹丸注入本身的真空测量点外，真空系统上一共有5 个测量点。在缓冲室的三个真空室上分别安装三个TRP 280 规管，在两级差分室上安装两个PKR 251 规管。系统运行期间，通过读取规管示数来确保各系统都处于正常工作范围，出现异常时及时采取措施，避免系统损坏。

　　真空度的读取和记录是通过规管连接到真空计和PLC 实现的。真空计主要是在现场测试时起实时监控读数的作用；而PLC 则是远程控制和记录真空数据变化，方便后期查看真空度的历史曲线，查看系统运行的可靠性。系统上各插板阀和真空泵组均能通过PLC 的方式远程控制，进行开关操作，在遇到故障时能及时进行远程处理。

3、总结

　　以上算出最终结局反映，前边缓存数据室实在能立即地抽走氦气，并使各泵组运行在最适的状态下，减少了氦气到推压成冰室的可以性，加强了成冰高质量；且多级差分抽涡流也进这一步地减少体系抽涡流度，有着健康连入EAST 主抽涡流的使用的。低平率弹丸倒入传动设备抽涡流体系的理论体系开发就已经 能够满足了起初的开发必须，现在已经到种植加工阶段中，体系速度最快将于2015 年10 月上下产出使用的。前景低平率弹丸倒入传动设备建立做完以来，一开始会实行体系检漏和效能考试英文，在几大平率下考试英文放出弹丸不靠谱性，考试英文抽涡流体系会不能通过开发的必须一切正常运行，并写出些第一次的研究最终结局。