《表2 稳态和瞬态热负载条件下各部件的最高温度》

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《ITER朗缪尔探针系统初步设计与研制》

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如图1右下角所示的探针模型，带锥形的柱状体是探针，探针由三部分组成，中间圆柱状的是探针体、外面锥型柱状体是钨屏蔽结构、探针体和钨屏蔽结构之间是绝缘陶瓷；后面是偏滤器靶板瓦，靶板瓦内置水管用于冷却。探针与偏滤器靶板瓦面向等离子体的面需要承受稳态10MW·m-2和瞬态20MW·m-2持续10s的高热流负荷[7～10]，探针其它侧面热负荷是来自于等离子体的电磁辐射，最高可达4MW·m-2。通过加载以上边界条件模拟分析，探针和偏滤器靶板瓦在稳态工况下的温度分布如图2a所示，最高温度是1533℃在偏滤器靶板瓦顶部靠近探针的一侧，钨探针和钨屏蔽结构的最高温度分别是1173℃和1404℃，氧化铝陶瓷的最高温度是643℃。表2为10MW·m-2和20MW·m-2热负荷条件下的各部件最高温度的简单总结。初步的结构分析结果如图2b所示，应力结果分析得到钨探针和钨屏蔽结构的应力没有超过钨材料的屈服强度，处在弹性应变区域。在氧化铝陶瓷的顶部，有非常小的一部分区域出现了应力集中现象，但最大拉应力小于陶瓷材料的抗拉强度。总体来讲，探针在10MW·m-2稳态热负荷条件下可以使用。但在20MW·m-2瞬态热负荷条件下，陶瓷有应力集中现象，且应力超过了使用强度，有开裂或损坏的风险。后期将从结构优化，陶瓷材料选择和连接工艺来解决结构风险问题。