一种强流离子源电极的液态金属两级冷却方法

摘要

本发明公开了一种强流离子源电极的液态金属两级冷却方法，通过给进气管道一和进气管道二交替施加高压气使液态金属经过引出系统电极金属管在腔体一和腔体二内交替流动，把热量传递给液态金属，建立第一级换热冷却，在腔体一和腔体二内，由换热器一与去离子水路管道一和换热器二与去离子水路管道二建立两个独立的去离子水冷循环，把热量传递给去离子水，建立第二级换热冷却。本发明在电极部分采用高效率冷却，把热量带出后采用通用冷却，显著提高了冷却效果，经济实用。

说明书

技术领域

    本发明涉及一种用液态金属的冷却方法，尤其涉及一种强流离子源电极的液态金属两级冷却方法。

背景技术

目前，公知的强流离子源电极的冷却方法是去离子水冷。即在空心电极流通去离子水，靠接触传热使水的温度升高，利用水的热容来把电极的热量传导到水中并由水流动带走。因为水常压下100度就沸腾，汽化后严重影响了水的传热能力。当强流离子源电极工作在长脉冲或高功率时，随着热负载增加，普通水冷不能很好的满足要求。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种强流离子源电极的液态金属两级冷却方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种强流离子源电极的液态金属两级冷却方法，包括有引出系统电极金属管，在引出系统电极金属管左右端分别连接有封闭管路一和封闭管路二，封闭管路一和封闭管路二分别与腔体一和腔体二连通，腔体一和腔体二内分别灌注有液态金属，腔体一和腔体二上方分别设有进气管道一和进气管道二，在腔体一和腔体二底部还分别设有换热器一和换热器二，所述的换热器一和换热器二分别连接去离子水路管道一和去离子水路管道二，通过给进气管道一和进气管道二交替施加高压气使液态金属经过引出系统电极金属管在腔体一和腔体二内交替流动，把热量传递给液态金属，建立第一级换热冷却，在腔体一和腔体二内，由换热器一与去离子水路管道一和换热器二与去离子水路管道二建立两个独立的去离子水冷循环，把热量传递给去离子水，建立第二级换热冷却。

本发明的优点是：本发明在电极部分采用高效率冷却，把热量带出后采用通用冷却，显著提高了冷却效果，经济实用。

附图说明

图1是强流离子源结构剖面图。

图2是电极通用水冷示意图。

图3是本发明方法原理图。

具体实施方式

如图1所示，离子源弧室1和引出系统2组成强流离子源，引出系统2由引出系统电极金属管3组成。

如图2、3所示，一种强流离子源电极的液态金属两级冷却方法，包括有引出系统电极金属管3，在引出系统电极金属管3左右端分别连接有封闭管路一4和封闭管路二5，封闭管路一4和封闭管路二5分别与腔体一6和腔体二7连通，腔体一6和腔体二7内分别灌注有液态金属8，腔体一6和腔体二7上方分别设有进气管道一9和进气管道二10，在腔体一6和腔体二7底部还分别设有换热器一11和换热器二12，所述的换热器一11和换热器二12分别连接去离子水路管道一13和去离子水路管道二14，通过给进气管道一9和进气管道二10交替施加高压气使液态金属8经过引出系统电极金属管3在腔体一6和腔体二7内交替流动，把热量传递给液态金属8，建立第一级换热冷却，在腔体一6和腔体二7内，由换热器一11与去离子水路管道一13和换热器二12与去离子水路管道二14建立两个独立的去离子水冷循环，把热量传递给去离子水，建立第二级换热冷却。

在第一级冷却回路中以液态汞为例，汞的密度是水的14倍，比热是水的1/3，粘性系数接近，因此在相同流速下汞的热容能力是水的4倍多；再考虑到汞的导热系数是10.4(W/m*K),水的导热系数是0.06(W/m*K),和汞的沸点300度，所以第一级汞冷却在热容，冷却速度，和温度范围都优于水冷。在小空间和高热负载的电极上需要这样强的冷却能力，待热量传递出来就可以通过相对大体积的去离子水循环把热量再转移到水冷系统中。这里的连接气路和去离子水路采用绝缘材料建立管道，满足离子源电极电位绝缘要求。