托卡馬克是利用磁約束實現(xiàn)受控核聚變的裝置,腔體內(nèi)部是環(huán)形真空室,通過大功率中性束注入加熱和微波加熱的方式使得腔內(nèi)等離子體達到核聚變反應(yīng)要求,同時通過外部纏繞的線圈通電在內(nèi)部產(chǎn)生巨大的螺旋形磁場,可將等離子體約束在腔體中央反應(yīng),達到聚變可控的目的。而托卡馬克腔內(nèi)部第一臂磚塊在反應(yīng)中會經(jīng)常受到高能粒子的撞擊而被破壞,因此需要進行定期的檢查和維護。由于托卡馬克腔內(nèi)部是特種環(huán)境,在間歇期間進行遠程維護時,內(nèi)部仍是高溫、輻射殘余環(huán)境,機械臂各部件都可能受到破壞,諸如電機線圈在高溫下會燒毀、編碼器等電子器件會被高能粒子穿透損壞等。在設(shè)計機械臂系統(tǒng)時,需要重點考慮對其關(guān)鍵單元部件的防護。一方面,針對強核輻射的因素,通過大量調(diào)研設(shè)計出高耐輻射的單軸關(guān)節(jié)運動模塊,該模塊包括驅(qū)動控制、視覺系統(tǒng)以及設(shè)備通訊等部分,并且分別從以上部分提出針對性的防輻射設(shè)計,為之后機械臂整機防輻射特性的增加提供指導(dǎo)。另一方面,針對高溫問題,提出了熱加固部件保護機械大臂,結(jié)合水冷防護保護小臂的方案。相較于研究廣泛的氮氣冷卻方式,水冷系統(tǒng)冷卻效率高的優(yōu)點顯而易見。在機械臂各關(guān)鍵部件布置溫度測點,對機械臂內(nèi)部環(huán)境進行實時監(jiān)測,同時和外部水泵流量閥等協(xié)同工作,構(gòu)成一個帶溫度反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)。不僅通過實驗驗證了100°C環(huán)境下機械臂整機能正常工作兩小時,而且用ANSYS溫度分布仿真表明水冷系統(tǒng)對更高溫環(huán)境仍然有效。最后從全局能量系統(tǒng)角度分析說明了水冷系統(tǒng)進一步優(yōu)化的方法。
【學(xué)位單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：TP241;TL631.24
【部分圖文】：

第一章 緒論科技部 - 國際熱核聚變實驗堆（ITER）計劃重大機械臂研究》。景的形勢下，人類面臨的主要問題包括人口問題、等，而這些問題的存在和惡化勢必影響到人類的社會各界人士廣泛關(guān)注。能源儲量作為對可持續(xù)素之一，而現(xiàn)今發(fā)展趨勢下人類對能源需求量遠缺又會間接加劇環(huán)境問題、國際安全問題等等其后續(xù)的重大危機。因此在面對能源短缺問題方面探尋開發(fā)新能源的利用。

上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 托卡馬克遙操作系統(tǒng)研究現(xiàn)狀托卡馬克遙操作技術(shù)是實現(xiàn)以后核聚變反應(yīng)堆設(shè)備維護的關(guān)鍵技術(shù)，世發(fā)達國家已經(jīng)在這個領(lǐng)域研究了很長時間，并且研制了能應(yīng)用于托卡馬的樣機，通過極端環(huán)境驗證了他們的成果。本節(jié)將對其中幾個具有代表作系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)性能參數(shù)進行介紹。1 法國原子能總署 AIA 機械臂AIA（Articulated Inspection Arm）機械臂是法國原子能總署（Euratom-C下一代聚變反應(yīng)容器 ITER 托卡馬克腔內(nèi)第一壁的監(jiān)測和維護工作設(shè)計程遙控機械臂[7-9]。AIA 機械臂的主要設(shè)計參數(shù)為：可達 8m 的大操作范空耐受環(huán)境 10-6Pa，高溫作業(yè)環(huán)境溫度 120°C,高溫靜態(tài)存儲環(huán)境為 200末端負(fù)載可達 10Kg。機械臂的結(jié)構(gòu)如圖 1-3 所示。

圖 1- 4 JET 遠程操作系統(tǒng)Fig.1-4 Remote handling system of JETJET 遠程操作系統(tǒng)由一對串聯(lián)連桿關(guān)節(jié)機械手組成，分別從相對 180°的兩卡馬克腔窗口進入環(huán)形腔。其中一個機械臂負(fù)責(zé)遞送操作工具，另外一個則進行具體的操作動作。在 JET 裝置建造的同時就開始了其遠程操控相關(guān)的設(shè)發(fā)工作，并于上世紀(jì) 90 年代年左右完成了整個研制階段并開始了相應(yīng)的測試，在 1997 年用 JET 裝置完成等離子體放電實驗后，1998 年該操作系統(tǒng)首次全真空遠程操控的維護任務(wù)。整個系統(tǒng)維護周期超過 15 周，但是裝置故障總不超過 3 天。這對托卡馬克遠程操控維護技術(shù)的研究者來說意義非凡，是核領(lǐng)域研究發(fā)展歷史上的一個重要標(biāo)志。JET 遙操作系統(tǒng)具有 30 多年的開發(fā)經(jīng)驗，17 年的真空遠程操控維護經(jīng)驗是目前最具代表性也相對成熟的能用于核聚變設(shè)備維護的系統(tǒng)。然而該系統(tǒng)針對等離子體實驗間歇期間腔體內(nèi)部的特殊環(huán)境進行考慮。并且國際上核聚研究人員已經(jīng)發(fā)起建造一個 JET 六倍大的國際熱核聚變反應(yīng)堆，研究人員已始投入 ITER 二期的建設(shè)工作。
【參考文獻】

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本文編號：2858230