差分式低溫冷凝泵主要用來維持EAST-NBI內的真空環(huán)境，以滿足中性束生成與傳輸過程對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重要的參數(shù)。為了尋求最佳的人字形輻射擋板的結構參數(shù)，文中主要利用蒙特卡羅方法，模擬氣體分子的運動過程，計算不同參數(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。這為進一步優(yōu)化人字形輻射擋板提供了理論基礎。

1、引言

　　中性束注入加熱(neutralbeaminjection，簡稱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，最終把能量轉化成等離子體的內能，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。中性束傳輸過程所需真空環(huán)境由真空獲得設備來實現(xiàn)。為了獲得滿足EAST-NBI所要求的大氣體負載下的潔凈真空環(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備。

圖1 中性束注入裝置結構示意圖

2、結構

　　EAST-NBI主抽氣系統(tǒng)用兩臺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構，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，冷卻到達低溫冷凝板的氣體，在低溫冷凝板的兩側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動，對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。對人字形輻射擋板來說，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，但同時也會阻擋被抽氣體分子的運動。故人字形輻射擋板設計時應盡量提高傳輸幾率，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構參數(shù)。擋板對散射光子的傳輸能力(即透射系數(shù))決定了來自真空室的熱輻射施加到低溫冷凝板上的熱負荷，此透射系數(shù)主要取決于人字形輻射擋板的結構參數(shù)及其擋板表面對熱輻射的吸收率。根據(jù)文獻，當人字形葉片的夾角為120°時，透射系數(shù)與此夾角的關系不大，但傳輸幾率具有一個明顯的最大值。采用表面噴涂黑色油漆的方式，對傳輸幾率沒有影響，但可以大大提高人字形葉片表面的吸收率，進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)實際的裝置幾何尺寸，尋求最佳的人字形擋板結構參數(shù)。

圖2 差分式低溫冷凝泵的結構示意圖

5、結論

　　(1)本文運用蒙特卡羅方法模擬人字形輻射擋板的傳輸幾率。計算結果表明，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構優(yōu)化提供基礎。

　　(2)通過查閱相關文獻，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構參數(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。