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基于强磁场环境中托卡马克装置偏滤器中性粒子压力快速测量,使用普通热阴极电离计,难以实现托卡马克偏滤器实验运行的原位精确测量。本文主要对偏滤器用抗强磁场干扰、快响应真空规管的关键技术进行了研究分析。 首先针对普通热阴极电离计的结构特点,考虑到改变电离计结构对规管灵敏度的影响;着重探究了在强磁场的环境下,阴极发射电子的运动轨迹受磁场约束对规管灵敏度的影响,结合传统三极管电离规的结构特点,改型设计成平板四极结构,可实现对其进行中性粒子压力精确快速测量;并应用三维软件solidwords绘制出改型设计后的结构模型。 其次应用有限元方法,计算分析了不同直径和长度下的阴极灯丝受电动力作用下发生形变的规律,得到阴极灯丝应力、总变形量和轴向变形量数据,从而得到能承受强磁场所带来的机械载荷的阴极灯丝参数。通过数值分析的方法计算出阴极灯丝在30A加热电流下的最高温度以及热稳态下阴极灯丝的温度分布。应用ANSYS耦合模拟阴极灯丝受电动力和热应力共同作用下的应力、总变形量和轴向变形量,与不考虑热应力时的结果对比。研究结果表明电动力对阴极灯丝性能影响最大,热应力对阴极灯丝的热变形影响很小,可忽略不计,为平板四极规管的结构设计提供参考。提出可在强磁场下稳定工作的规管结构设计方案,得到阴极灯丝优化结果,为聚变装置强磁场下真空测量快规的优化设计提供参考。 最终得到的改型后平板四极规管阴极灯丝优化结果为直径0.3mm,长10mm,能满足4T强磁场和30A加热电流环境下的抗拉和热变形的要求。