差分式低溫冷凝泵主要用來(lái)維持EAST-NBI內(nèi)的真空環(huán)境，以滿足中性束生成與傳輸過(guò)程對(duì)真空壓力分布的要求。人字形輻射擋板吸收高溫壁面的輻射熱，冷卻到達(dá)低溫冷凝板的氣體。傳輸幾率是影響人字形輻射擋板的一個(gè)重要的參數(shù)。為了尋求最佳的人字形輻射擋板的結(jié)構(gòu)參數(shù)，文中主要利用蒙特卡羅方法，模擬氣體分子的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，計(jì)算不同參數(shù)下人字形輻射擋板的傳輸幾率。根據(jù)中性束注入裝置的尺寸要求，確定了人字形輻射擋板的具體尺寸。這為進(jìn)一步優(yōu)化人字形輻射擋板提供了理論基礎(chǔ)。

1、引言

　　中性束注入加熱(neutralbeaminjection，簡(jiǎn)稱(chēng)NBI)主要是利用注入的高能中性粒子束在等離子體中的電離、熱化，最終把能量轉(zhuǎn)化成等離子體的內(nèi)能，從而提高等離子體溫度。EAST-NBI是一套為EAST提供中性束注入加熱的裝置，如圖1所示。中性束傳輸過(guò)程所需真空環(huán)境由真空獲得設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了獲得滿足EAST-NBI所要求的大氣體負(fù)載下的潔凈真空環(huán)境，考慮到空間有限、電磁環(huán)境惡劣等情況，EAST-NBI選用低溫冷凝泵作為主要真空獲得設(shè)備。

圖1 中性束注入裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2、結(jié)構(gòu)

　　EAST-NBI主抽氣系統(tǒng)用兩臺(tái)不同抽速的低溫冷凝泵分別布置于主真空室第一段(主低溫冷凝泵)和第三段(差分式低溫冷凝泵)。

　　EAST-NBI用差分式低溫冷凝泵由三層結(jié)構(gòu)，呈圓餅狀，以與中性束傳輸方向垂直的方式布置于主真空室第三段，如圖2所示。該差分式低溫冷凝泵的中間一層為低溫冷凝板，其上設(shè)置了依靠真空釬焊固定的低溫管道。為吸收高溫壁面的輻射熱，冷卻到達(dá)低溫冷凝板的氣體，在低溫冷凝板的兩側(cè)分別布置了由液氮冷卻的人字形輻射擋板。人字形輻射擋板對(duì)低溫冷凝板形成一次光屏蔽，做到既避免熱輻射直接照射到低溫冷凝板上，又可以使低溫冷凝板維持較低的溫度，以利于提高對(duì)氣體分子的捕獲幾率。但人字形輻射擋板的存在也阻擋了被抽氣體分子的運(yùn)動(dòng)，對(duì)低溫冷凝泵的抽速也有影響。

　　故影響人字形輻射擋板性能的主要參數(shù)是傳輸幾率W和透射系數(shù)tp。對(duì)人字形輻射擋板來(lái)說(shuō)，傳輸幾率越大，透射系數(shù)越大，擋板阻擋熱輻射的效果越差；傳輸幾率越小，透射系數(shù)越小，擋板阻擋熱輻射的效果變好，但同時(shí)也會(huì)阻擋被抽氣體分子的運(yùn)動(dòng)。故人字形輻射擋板設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量提高傳輸幾率，減小透射系數(shù)。傳輸幾率主要取決于人字形輻射擋板的結(jié)構(gòu)參數(shù)。擋板對(duì)散射光子的傳輸能力(即透射系數(shù))決定了來(lái)自真空室的熱輻射施加到低溫冷凝板上的熱負(fù)荷，此透射系數(shù)主要取決于人字形輻射擋板的結(jié)構(gòu)參數(shù)及其擋板表面對(duì)熱輻射的吸收率。根據(jù)文獻(xiàn)，當(dāng)人字形葉片的夾角為120°時(shí)，透射系數(shù)與此夾角的關(guān)系不大，但傳輸幾率具有一個(gè)明顯的最大值。采用表面噴涂黑色油漆的方式，對(duì)傳輸幾率沒(méi)有影響，但可以大大提高人字形葉片表面的吸收率，進(jìn)而可以降低人字形輻射擋板的透射系數(shù)。EAST-NBI用差分式低溫冷凝泵主要采用的是液氮冷卻的、夾角為120°、表面采用黑色油漆噴涂的人字形輻射擋板。本文主要利用蒙特卡羅方法，根據(jù)實(shí)際的裝置幾何尺寸，尋求最佳的人字形擋板結(jié)構(gòu)參數(shù)。

圖2 差分式低溫冷凝泵的結(jié)構(gòu)示意圖

5、結(jié)論

　　(1)本文運(yùn)用蒙特卡羅方法模擬人字形輻射擋板的傳輸幾率。計(jì)算結(jié)果表明，人字形輻射擋板的傳輸幾率隨著葉片間重疊距離的增大而減小。這為人字形輻射擋板的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供基礎(chǔ)。

　　(2)通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)，綜合考慮人字形輻射擋板的傳輸幾率和透射系數(shù)，該人字形輻射擋板的結(jié)構(gòu)參數(shù)為:a=76.2mm；b=44mm；c=3.9mm；傳輸幾率為0.26；透射系數(shù)約為10^-4。