一种适用于等离子体枪的超快气阀及等离子体枪

本发明涉及磁惯性约束聚变等离子体枪设备，特别是涉及一种适用于等离子体枪的超快气阀及等离子体枪。

背景技术：

1、磁惯性约束聚变是一种重要的可控核聚变技术路径，该技术路径通过将多把等离子体枪以一定形式排布在球型腔体上，多把等离子体枪同时发射等离子体射流，多束等离子体射流向球形腔体中心汇聚成一个等离子体球壳，等离子体球壳继续向内压缩、内爆后达成实现可控核聚变所需要的温度、密度、约束时间等条件。也即说明，磁惯性约束聚变的关键技术是等离子体枪，而等离子体枪的关键技术是超快气阀。

2、由于超快气阀是等离子体枪的关键技术，更短的进气时长会获得更紧凑的等离子体射流，因此对超快气阀进气时长的控制就显得尤为重要。设计一种适用于等离子体枪的超快气阀及等离子体枪对磁惯性约束聚变的发展具有极大的积极作用。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种适用于等离子体枪的超快气阀及等离子体枪，用于解决现有技术中磁惯性约束聚变试验中进气时间较长，等离子体射流较分散的问题，用于在百微秒量级完成开闭，向等离子体枪内外电极间的空间注入毫克量级气体。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种适用于等离子体枪的超快气阀，安装在等离子体枪中；包括推动模块、气体注入模块、复位模块、以及气压调节模块；

3、所述气体注入模块包括飞盘、内衬、以及外衬，所述外衬为中空件，所述内衬设置在外衬中、且外衬内壁与内衬外壁之间存在内外衬间隙，所述飞盘可移动的设置在内外衬间隙中；所述内衬中开设有储气室，所述储气室上开设有若干个储气室通孔，所述外衬上开设有若干个外衬通孔，所述储气室通孔与外衬通孔对齐；所述飞盘上开设有若干个飞盘通孔，所述飞盘在内外衬间隙中移动时，外衬通孔、飞盘通孔、储气室通孔三者连通，储气室中的气体实现进气；

4、所述推动模块控制飞盘在内外衬间隙中移动；所述气体注入模块用于储气并将气体释放；所述复位模块用于飞盘的复位；所述气压调节模块用于调节进气气压和将气体输送到储气室中。

5、优选的，所述推动模块包括推动线圈、电容器组、晶闸管，所述电容器组包括若干个电容器、以及若干个传输板，所述传输板的数量为两个，若干个电容器的阳极连接在任一传输板上，若干个电容器的阴极连接在另一传输板上，所述晶闸管设置在任一传输板上；所述推动线圈的一端连接在晶闸管上，所述推动线圈的另一端连接在未设置晶闸管的传输板上；所述推动线圈设置在内衬中、且位于飞盘的下方。

6、优选的，所述外衬为底端封闭的中空件，所述内衬为中空件，所述内衬固定在外衬的底面上，所述飞盘位于内衬的上方侧；还包括线圈支撑块，所述线圈支撑块设置在内衬的内侧、且位于外衬的底面上，所述推动线圈通过线圈支撑块设置在内衬的顶面处；所述传输板、电容器组、以及晶闸管位于外衬的下方侧，所述外衬底面上还开设有外衬底面通孔，推动线圈的两端贯穿外衬底面通孔与传输板、晶闸管电连接。

7、优选的，所述飞盘采用固体金属材质；所述线圈支撑块采用非金属材质。

8、优选的，所述复位模块设置在飞盘的上方侧，用于飞盘的复位。

9、优选的，所述复位模块上还设置有导向柱，所述飞盘上贯穿有导向孔，所述导向孔套设在导向柱的外周，用于对飞盘的运动进行导向。

10、优选的，所述气压调节模块包括电磁阀、缓冲罐、压力控制器、质量流量计、连通管、以及进气管，所述缓冲罐与储气室连通，所述缓冲罐与压力控制器通过连通管连接，所述质量流量计与压力控制器通过连通管连接，所述质量流量计与电磁阀通过连通管连接，所述电磁阀安装在进气管上；所述进气管中的气体依次经过电磁阀、质量流量计、压力控制器、缓冲罐进入到内衬的储气室中。

11、优选的，所述内衬中还开设有内衬气路通道，所述内衬气路通道与储气室连通；所述外衬中还开设有外衬气路连接孔，所述外衬气路连接孔中密封连接有气路密封接头，所述气路密封接头的一端紧固在内衬气路通道中，所述气路密封接头的另一端通过连通管与缓冲罐连通。

12、优选的，所述储气室的数量为一个，所述内衬气路通道、外衬气路连接孔、气路密封接头的数量为若干个，所述缓冲罐中的气体通过若干个气路密封接头、内衬气路通道进入到储气室中。

13、为实现上述目的或其他目的，本发明还公开一种等离子体枪，具有上述的适用于等离子体枪的超快气阀。

14、如上所述，本发明设计的适用于等离子体枪的超快气阀及等离子体枪，具有以下有益效果：

15、本发明涉及的适用于等离子体枪的超快气阀及等离子体枪，利用脉冲功率技术，利用电容器组瞬间放点，在推动线圈中产生大电流，进而出现感应磁场；由于楞次定律，位于推动线圈上方侧的飞盘中产生反方向的感应大电流，飞盘与推动线圈中产生斥力，飞盘被向上快速推动。在飞盘被推动的过程中，外衬通孔、飞盘通孔、储气室通孔三者连通，储气室中的气体实现进气；当飞盘继续前进，飞盘通孔将外衬通孔、储气室通孔阻挡，进气结束。如此达到更短的进气时长，获得更紧凑的等离子体射流。本发明中的进气时长可以达到百微秒量级，是目前行业中最快的气阀，进气量可达到毫克量级，控制精度优于1％，如此可以实现在精确时间内向等离子体枪内注入精确质量的气体。

技术特征：

1.一种适用于等离子体枪的超快气阀，安装在等离子体枪中；其特征在于：包括推动模块、气体注入模块、复位模块、以及气压调节模块；

2.根据权利要求1所述的适用于等离子体枪的超快气阀，其特征在于：所述推动模块包括推动线圈(4)、电容器组、晶闸管(5)，所述电容器组包括若干个电容器(6)、以及若干个传输板(16)，所述传输板(16)的数量为两个，若干个电容器(6)的阳极连接在任一传输板(16)上，若干个电容器(6)的阴极连接在另一传输板(16)上，所述晶闸管(5)设置在任一传输板(16)上；所述推动线圈(4)的一端连接在晶闸管(5)上，所述推动线圈(4)的另一端连接在未设置晶闸管(5)的传输板(16)上；所述推动线圈(4)设置在内衬(3)中、且位于飞盘(2)的下方。

3.根据权利要求2所述的适用于等离子体枪的超快气阀，其特征在于：所述外衬(1)为底端封闭的中空件，所述内衬(3)为中空件，所述内衬(3)固定在外衬(1)的底面上，所述飞盘(2)位于内衬(3)的上方侧；还包括线圈支撑块(15)，所述线圈支撑块(15)设置在内衬(3)的内侧、且位于外衬(1)的底面上，所述推动线圈(4)通过线圈支撑块(15)设置在内衬(3)的顶面处；所述传输板(16)、电容器组、以及晶闸管(5)位于外衬(1)的下方侧，所述外衬(1)底面上还开设有外衬底面通孔，推动线圈(4)的两端贯穿外衬底面通孔与传输板(16)、晶闸管(5)电连接。

4.根据权利要求3所述的适用于等离子体枪的超快气阀，其特征在于：所述飞盘(2)采用固体金属材质；所述线圈支撑块(15)采用非金属材质。

5.根据权利要求1所述的适用于等离子体枪的超快气阀，其特征在于：所述复位模块设置在飞盘(2)的上方侧，用于飞盘(2)的复位。

6.根据权利要求5所述的适用于等离子体枪的超快气阀，其特征在于：所述复位模块上还设置有导向柱，所述飞盘(2)上贯穿有导向孔，所述导向孔套设在导向柱的外周，用于对飞盘(2)的运动进行导向。

7.根据权利要求1所述的适用于等离子体枪的超快气阀，其特征在于：所述气压调节模块包括电磁阀(11)、缓冲罐(8)、压力控制器(9)、质量流量计(10)、连通管(13)、以及进气管(12)，所述缓冲罐(8)与储气室(301)连通，所述缓冲罐(8)与压力控制器(9)通过连通管(13)连接，所述质量流量计(10)与压力控制器(9)通过连通管(13)连接，所述质量流量计(10)与电磁阀(11)通过连通管(13)连接，所述电磁阀(11)安装在进气管(12)上；所述进气管(12)中的气体依次经过电磁阀(11)、质量流量计(10)、压力控制器(9)、缓冲罐(8)进入到内衬(3)的储气室(301)中。

8.根据权利要求7所述的适用于等离子体枪的超快气阀，其特征在于：所述内衬(3)中还开设有内衬气路通道(302)，所述内衬气路通道(302)与储气室(301)连通；所述外衬(1)中还开设有外衬气路连接孔，所述外衬气路连接孔中密封连接有气路密封接头(7)，所述气路密封接头(7)的一端紧固在内衬气路通道(302)中，所述气路密封接头(7)的另一端通过连通管(13)与缓冲罐(8)连通。

9.根据权利要求8所述的适用于等离子体枪的超快气阀，其特征在于：所述储气室(301)的数量为一个，所述内衬气路通道(302)、外衬气路连接孔、气路密封接头(7)的数量为若干个，所述缓冲罐(8)中的气体通过若干个气路密封接头(7)、内衬气路通道(302)进入到储气室(301)中。

10.一种等离子体枪，其特征在于：具有权利要求1-9任一项所述的适用于等离子体枪的超快气阀。

技术总结本发明提供一种适用于等离子体枪的超快气阀及等离子体枪，安装在等离子体枪中；包括推动模块、气体注入模块、复位模块、以及气压调节模块；所述气体注入模块包括飞盘、内衬、以及外衬，所述外衬为中空件，所述内衬设置在外衬中、且外衬内壁与内衬外壁之间存在内外衬间隙，所述飞盘可移动的设置在内外衬间隙中；所述内衬中开设有储气室，所述储气室上开设有若干个储气室通孔，所述外衬上开设有若干个外衬通孔，所述储气室通孔与外衬通孔对齐。本发明中的进气时长可以达到百微秒量级，是目前行业中最快的气阀，进气量可达到毫克量级，控制精度优于1％，如此可以实现在精确时间内向等离子体枪内注入精确质量的气体。技术研发人员：赵永正,张德雨,刘延斌,袁东方,张晓兵,景原通受保护的技术使用者：上海科技大学技术研发日：技术公布日：2024/7/25