為滿足HL-2A中性束加熱的需求，我們?yōu)?a >HL-2A的NBI注入器研制了脈沖送氣回路及其控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的核心流量控制部件為PEV-1壓電晶體閥，主要是根據氣壓測量結果調整壓電閥電源輸出脈沖電壓波形來控制壓電閥的流導。為克服了壓電閥性能參數離散，對不同離子源的送氣回路進行了單獨標定。送氣實驗結果表明，金屬離子源放電室氣壓控制精度達到了0.05Pa，通過調整不同壓電閥電源輸出波形，減小了束線4 個離子源送氣回路之間相互影響，得到了平穩(wěn)的離子源工作氣壓。

　　正文：在磁約束受控核聚變實驗裝置中，中性束注入是加熱和驅動等離子體最有效方法之一。通過國際合作，在HL-2A托卡馬克裝置上我們成功研制了1MW的中性束注入（NBI）加熱系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由一條配備4個離子源注入束線及其配套的束線電源、控制、測量和數據采集等子系統(tǒng)組成。

　　離子源調試實驗表明，離子源的工作氣壓直接影響離子源等離子體放電性能和弧放電效率。離子源放電室的氣壓調節(jié)范圍為0.1～0.8Pa，控制精度為0.05Pa，氣壓穩(wěn)定脈沖寬度在100mS～3S范圍內連續(xù)可調。為滿足HL-2A裝置的NBI工程調試及注入物理實驗需求，我們?yōu)镹BI系統(tǒng)研制了送氣回路及其控制系統(tǒng)。

　　在離子源脈沖送氣回路中，送氣氣壓控制閥通常可以采用電磁閥或者是壓電閥。與電磁閥相比，壓電晶體閥由于抗干擾能力強，控制電源輸出電壓精度高，可精確控制氣壓的大小，而且重復性好，因此在氣路設計中我們選擇了壓電閥作為氣壓的控制部件。文章第2 部分給出了送氣回路和控制系統(tǒng)；第3部分給出了氣壓控制原理；第4部分給出了送氣實驗結果；最后對送氣系統(tǒng)及其主要實驗結果進行了總結。

1、氣路及其控制

1.1、送氣回路

　　離子源及中性化室送氣回路包括：壓電晶體閥、專門的氣閥電源、電源控制系統(tǒng)、氣體流量計、氣罐以及數據采集系統(tǒng)，示意圖如圖1所示。其中，壓電閥為美國MAXTEK公司生產的PEV-1型，基本參數為：開啟時間2ms，工作電壓0~120V；氣體流量計為美國ALICAT公司生產， 測量范圍0~3SLPM，模擬輸出為0~5V；整個中性束束線共有4個離子源，對應4套送氣回路，其中氫氣發(fā)生器和儲氣罐共用一套。圖中只給出對應一個離子源的送氣回路。

1.氫氣發(fā)生器2.氣罐3、5、15、17.截止閥4.氣壓計6.氣體流量計7.壓電閥8.針閥9.離子源及真空室10.薄膜規(guī)11.壓電閥電源12.數據采集及控制系統(tǒng)13.閘板閥14、16.分子泵18.機械泵

圖1 單個離子源送氣回路示意圖

1.2、控制系統(tǒng)

圖2 控制系統(tǒng)回路框圖

　　HL-2A中性束系統(tǒng)的送氣控制系統(tǒng)主要由電源輸出波形編輯器，時序檢測和控制服務器，PCI918AD轉換器，PCL728DA轉換器，真空薄膜規(guī)組成。工作原理是：由PC機圖形化軟件編輯并存儲壓電閥電源控制波形，然后時序檢測和控制服務器調用波形存儲文件并通過通訊端口控制PCL728DA板卡的DA輸出通道，在0~5V 范圍內輸出與波形編輯軟件顯示一致的模擬輸出脈沖波形，輸出控制電信號經過VF/FV光纖隔離轉換控制位于不同高壓平臺的壓電閥電源，壓電閥電源將控制信號放大25倍輸出控制壓電閥，通過在0.001~13Pa范圍內線性度較好的薄膜規(guī)獲得對應真空氣壓的電壓信號， 并且同樣經過VF/FV光纖隔離轉換輸入到PCI918AD采集卡。

　　在PC時序檢測和控制服務器終端顯示電源控制波形和真空氣壓波形，如果真空氣壓波形不滿足預置要求，在輸出波形編輯器中調整控制電壓波形，通常兩三次循環(huán)后就能在一定誤差范圍內滿足預置要求。控制回路框圖如圖2 所示。