ITER離子回旋加熱天線高性能微波滑動(dòng)電接觸關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、ICRH加熱是托卡馬克等離子體加熱的重要手段之一，在ITER裝置上共設(shè)計(jì)有兩套ICRH天線并為ITER等離子體提供40MW的總加熱功率。為了提高ICRH天線的可維護(hù)性以及吸收運(yùn)行過(guò)程中微波導(dǎo)體熱膨脹，在真空傳輸線上設(shè)計(jì)了多處柔性連接的微波滑動(dòng)電接觸。在ITER ICRH微波滑動(dòng)電接觸運(yùn)行之前，整個(gè)部件需要同ITER其他內(nèi)部部件一起進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的250℃高溫烘烤出氣。其中一處微波滑動(dòng)電接觸設(shè)計(jì)電流達(dá)2kA，最大電流密度4.6 kA/m，巨大

2、的電流密度在運(yùn)行過(guò)程中帶來(lái)嚴(yán)重的熱沉積造成電接觸熔毀。在過(guò)去的十年間，法國(guó)CEA針對(duì)ITER ICRH微波滑動(dòng)電接觸運(yùn)行要求進(jìn)行了長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)研究，已經(jīng)達(dá)到2kA、600s的運(yùn)行，但離ITER要求的2kA、1200s運(yùn)行仍有很大差距。為了指導(dǎo)ITER ICRH微波滑動(dòng)電接觸的研發(fā)，本文從微波滑動(dòng)電接觸損傷機(jī)制到合理電接觸材料選擇進(jìn)行了系統(tǒng)研究。
　　首先，升級(jí)TITAN微波測(cè)試平臺(tái)并選用改進(jìn)型瑞士商用電接觸LA-CUT作為測(cè)試原型件

3、開(kāi)展微波載流測(cè)試。基于材料表征研究，證實(shí)了基材向電接觸功能鍍層的擴(kuò)散現(xiàn)象。依據(jù)微波滑動(dòng)電接觸真實(shí)運(yùn)行條件，建立微波滑動(dòng)電接觸傳熱模型，并通過(guò)有限元分析手段研究了微波導(dǎo)體基材材料、冷卻參數(shù)以及接觸電阻對(duì)于電接觸彈片運(yùn)行溫度的影響。研究表明，電接觸彈片上的運(yùn)行溫度主要受制于微波導(dǎo)體材料的熱傳導(dǎo)系數(shù)以及接觸電阻大小。最終將電接觸材料研究確定為ITER ICRH微波滑動(dòng)電接觸研究的重點(diǎn)。
　　其次，基于常用電接觸功能材料Au、Ag、Rh，

4、為適應(yīng)ITER高溫烘烤穩(wěn)定性要求，采用電鍍方式在316L、CuCrZr等常用微波導(dǎo)體基材材料上沉積Au-Ni、Ag-Sb、Rh鍍層。模擬ITER真空烘烤條件，開(kāi)展上述鍍件的250℃、500h真空烘烤。從鍍層硬度、晶粒尺寸、結(jié)合力等性質(zhì)參數(shù)變化評(píng)價(jià)鍍層的高溫穩(wěn)定性。同時(shí)開(kāi)展鍍層與基材、鍍層之間的高溫?cái)U(kuò)散研究，從擴(kuò)散角度評(píng)價(jià)鍍層使用壽命。
　　再次，為開(kāi)展電接觸功能鍍層的電接觸及摩擦性能研究，模擬ITER ICRH微波滑動(dòng)電接觸的運(yùn)行

5、條件，設(shè)計(jì)并研發(fā)了多功能電接觸性能測(cè)試平臺(tái)。平臺(tái)具備接觸電阻以及滑動(dòng)摩擦系數(shù)的測(cè)試功能，并能在不破壞裝置真空的情況下實(shí)現(xiàn)接觸壓力的調(diào)整。
　　最后，基于自研發(fā)的多功能電接觸性能測(cè)試平臺(tái)，開(kāi)展Ag/Rh、Au-Ni/Rh材料副的電接觸特性研究。研究了真空條件、溫度、接觸壓力等參量對(duì)于靜接觸電阻的影響規(guī)律。確定ITER ICRH微波滑動(dòng)電接觸的最優(yōu)接觸壓力值。并在ITER ICRH微波滑動(dòng)電接觸的真實(shí)運(yùn)行條件下，開(kāi)展最優(yōu)接觸壓力下的滑