KTX 反場(chǎng)箍縮實(shí)驗(yàn)裝置不銹鋼環(huán)形真空室外包覆一層1. 5 mm 厚無氧銅皮用來穩(wěn)定等離子體，真空室外壁與銅皮間用聚四氟薄板隔開，簡(jiǎn)單的壁加熱烘烤除氣手段難以實(shí)現(xiàn)。巧妙地將縱場(chǎng)( TF) 線圈作為感應(yīng)加熱線圈，通過工頻電磁感應(yīng)直接加熱方法來實(shí)現(xiàn)真空室的烘烤除氣。計(jì)算了熱平衡條件下由于傳導(dǎo)、對(duì)流引起的熱量損失確定了保溫階段所需的加熱功率。工頻電源采用三相交流供電，晶閘管全波整流; 4 只晶閘管構(gòu)成的H 橋逆變電路為串聯(lián)LC 諧振電路供電。電源頻率選擇2000 Hz，通過對(duì)系統(tǒng)電參數(shù)的計(jì)算，確定串聯(lián)諧振電容參數(shù)。串聯(lián)LC諧振電路等效為純電阻電路，通過改變整流晶閘管的觸發(fā)角改變直流電壓來實(shí)現(xiàn)加熱功率在0 ～ 153 kW 間可調(diào)，滿足了加熱初始大功率升溫和后階段小功率保溫的加熱流程的要求。加熱中通過TF 線圈的電流、電壓以及過程中的溫升對(duì)TF 線圈都是安全的，設(shè)計(jì)方案可行。

　　KTX 反場(chǎng)箍縮實(shí)驗(yàn)裝置是為國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆( ITER) 計(jì)劃專項(xiàng)，國內(nèi)研究: 反場(chǎng)箍縮( RFP)磁約束聚變位形研究項(xiàng)目而設(shè)計(jì)的。設(shè)計(jì)參數(shù)為:大半徑1. 4 m，小半徑0. 4 m，最大等離子體電流1MA，電子密度2 × 1019 m - 3，電子溫度600 eV，放電時(shí)間100 ms; 環(huán)形真空室壁材為SS316L 不銹鋼，厚6 mm，容積4. 4 m3，表面積22 m2，采用氟橡膠密封;為了提供等離子體高真空運(yùn)行環(huán)境，要求極限真空度1. 2 × 10 ^-6 Pa。抽氣系統(tǒng)為: 6 套分別由分子泵、羅茨泵、機(jī)械泵組成的機(jī)組并聯(lián)抽氣，總抽速為6000 L /s，低溫泵值班維持。為了確保潔凈的真空條件，對(duì)真空室進(jìn)行加熱烘烤除氣是必要地、也是有效地手段。真空烘烤除氣一般采用在真空室外表面纏繞加熱帶、或覆蓋加熱被等間接加熱的方法，也有向真空室表面吹高熱氮?dú)獾姆椒ㄟM(jìn)行加熱的。因KTX 真空室外表面包覆了一層厚1. 5mm 來穩(wěn)定等離子體的無氧銅皮，在真空室與銅皮之間用聚四氟膜隔開，簡(jiǎn)單加熱烘烤方法都難以實(shí)現(xiàn)。恰好銅皮包覆在赤道面內(nèi)側(cè)留有張角近60°一條縫，角向沒有構(gòu)成閉合電通路，為利用縱場(chǎng)線圈作為感應(yīng)加熱線圈，通過電磁感應(yīng)產(chǎn)生渦旋電流的歐姆耗散直接加熱真空室壁，進(jìn)行感應(yīng)加熱烘烤除氣。

KTX 真空烘烤系統(tǒng)的功能和方法:

　　KTX 反場(chǎng)箍縮裝置真空烘烤系統(tǒng)的主要功能是將真空室烘烤到≤200℃，讓吸附在真空器壁上的氣體釋放出來，由真空抽氣系統(tǒng)抽走，從而獲得潔凈的真空條件。

　　KTX 真空烘烤系統(tǒng)擬采用TF 線圈作為工頻感應(yīng)加熱線圈，通過工頻電磁感應(yīng)在真空室壁上產(chǎn)生渦旋電流，通過器壁電阻的歐姆耗散焦耳熱來加熱真空室來實(shí)現(xiàn)。TF 線圈總匝數(shù)為288 匝，真空室等效為1 匝線圈，因此縱場(chǎng)線圈與真空室之間等效一個(gè)變壓器其變壓比為288∶ 1。

KTX 真空室和TF 線圈的基本情況

　　KTX 真空室和TF 線圈參數(shù)如表1 和表2 所示，KTX 真空室和TF 線圈結(jié)構(gòu)如圖1 所示。因KTX 真空室所有密封均采用氟橡膠密封，且在真空室與銅包覆之間填充有聚四氟絕緣層，因此烘烤溫度確定為200℃，確保不會(huì)損壞密封圈和絕緣。

圖1 KTX 真空室結(jié)構(gòu)與TF 線圈

表1 KTX 真空室參數(shù)

表2 TF 線圈參數(shù)

結(jié)論

　　KTX 反場(chǎng)箍縮實(shí)驗(yàn)裝置的環(huán)形真空室加熱烘烤除氣巧妙利用TF 線圈作為感應(yīng)加熱線圈，通過2000 Hz 工頻感應(yīng)直接加熱真空室，根據(jù)系統(tǒng)電參數(shù)加熱功率可以達(dá)到150 kW，原理性實(shí)驗(yàn)表明電路設(shè)計(jì)合理。在加溫起始階段可以使真空室快速升溫，當(dāng)溫度到達(dá)200℃時(shí)，加熱功率只需36 kW 就可以維持溫度不變。加熱時(shí)通過TF 線圈的電流和加在TF 線圈上的電壓均不超過允許值，在整個(gè)48 h加熱過程中TF 線圈溫升很小，因此該設(shè)計(jì)是完全可行的。