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(jù)氣壓測(cè)量結(jié)果調(diào)整壓電閥電源輸出脈沖電壓波形來(lái)控制壓電閥的流導(dǎo)。為克服了壓電閥性能參數(shù)離散，對(duì)不同離子源的送氣回路進(jìn)行了單獨(dú)標(biāo)定。送氣實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，金屬離子源放電室氣壓控制精度達(dá)到了0.05Pa，通過(guò)調(diào)整不同壓電閥電源輸出波形，減小了束線4 個(gè)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(shí)驗(yàn)裝置中，中性束注入是加熱和驅(qū)動(dòng)等離子體最有效方法之一。通過(guò)國(guó)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(gè)離子源注入束線及其配套的束線電源、控制、測(cè)量和數(shù)據(jù)采集等子系統(tǒng)組成。

　　離子源調(diào)試實(shí)驗(yàn)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(diào)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(nèi)連續(xù)可調(diào)。為滿足HL-2A裝置的NBI工程調(diào)試及注入物理實(shí)驗(yàn)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(qiáng)，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(fù)性好，因此在氣路設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)結(jié)果；最后對(duì)送氣系統(tǒng)及其主要實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了總結(jié)。

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(jì)、氣罐以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，示意圖如圖1所示。其中，壓電閥為美國(guó)MAXTEK公司生產(chǎn)的PEV-1型，基本參數(shù)為：開啟時(shí)間2ms，工作電壓0~120V；氣體流量計(jì)為美國(guó)ALICAT公司生產(chǎn)， 測(cè)量范圍0~3SLPM，模擬輸出為0~5V；整個(gè)中性束束線共有4個(gè)離子源，對(duì)應(yīng)4套送氣回路，其中氫氣發(fā)生器和儲(chǔ)氣罐共用一套。圖中只給出對(duì)應(yīng)一個(gè)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(jì)6.氣體流量計(jì)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(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)13.閘板閥14、16.分子泵18.機(jī)械泵

圖1 單個(gè)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(shí)序檢測(cè)和控制服務(wù)器，PCI918AD轉(zhuǎn)換器，PCL728DA轉(zhuǎn)換器，真空薄膜規(guī)組成。工作原理是：由PC機(jī)圖形化軟件編輯并存儲(chǔ)壓電閥電源控制波形，然后時(shí)序檢測(cè)和控制服務(wù)器調(diào)用波形存儲(chǔ)文件并通過(guò)通訊端口控制PCL728DA板卡的DA輸出通道，在0~5V 范圍內(nèi)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(hào)經(jīng)過(guò)VF/FV光纖隔離轉(zhuǎn)換控制位于不同高壓平臺(tái)的壓電閥電源，壓電閥電源將控制信號(hào)放大25倍輸出控制壓電閥，通過(guò)在0.001~13Pa范圍內(nèi)線性度較好的薄膜規(guī)獲得對(duì)應(yīng)真空氣壓的電壓信號(hào)， 并且同樣經(jīng)過(guò)VF/FV光纖隔離轉(zhuǎn)換輸入到PCI918AD采集卡。

　　在PC時(shí)序檢測(cè)和控制服務(wù)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(yù)置要求，在輸出波形編輯器中調(diào)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(nèi)滿足預(yù)置要求。控制回路框圖如圖2 所示。