差分式低溫冷凝泵主要用來維持EAST-NBI內的真空環境，以滿足中性束生成與傳輸過程對真空壓力分布的要求。人字形輻射擋板吸收高溫壁面的輻射熱，冷卻到達低溫冷凝板的氣體。傳輸幾率是影響人字形輻射擋板的一個重要的參數。為了尋求最佳的人字形輻射擋板的結構參數，文中主要利用蒙特卡羅方法，模擬氣體分子的運動過程，計算不同參數下人字形輻射擋板的傳輸幾率。根據中性束注入裝置的尺寸要求，確定了人字形輻射擋板的具體尺寸。這為進一步優化人字形輻射擋板提供了理論基礎。

1、引言

　　中性束注入加熱(neutralbeaminjection，簡稱NBI)主要是利用注入的高能中性粒子束在等離子體中的電離、熱化，最終把能量轉化成等離子體的內能，從而提高等離子體溫度。EAST-NBI是一套為EAST提供中性束注入加熱的裝置，如圖1所示。中性束傳輸過程所需真空環境由真空獲得設備來實現。為了獲得滿足EAST-NBI所要求的大氣體負載下的潔凈真空環境，考慮到空間有限、電磁環境惡劣等情況，EAST-NBI選用低溫冷凝泵作為主要真空獲得設備。

圖1 中性束注入裝置結構示意圖

2、結構

　　EAST-NBI主抽氣系統用兩臺不同抽速的低溫冷凝泵分別布置于主真空室第一段(主低溫冷凝泵)和第三段(差分式低溫冷凝泵)。

　　EAST-NBI用差分式低溫冷凝泵由三層結構，呈圓餅狀，以與中性束傳輸方向垂直的方式布置于主真空室第三段，如圖2所示。該差分式低溫冷凝泵的中間一層為低溫冷凝板，其上設置了依靠真空釬焊固定的低溫管道。為吸收高溫壁面的輻射熱，冷卻到達低溫冷凝板的氣體，在低溫冷凝板的兩側分別布置了由液氮冷卻的人字形輻射擋板。人字形輻射擋板對低溫冷凝板形成一次光屏蔽，做到既避免熱輻射直接照射到低溫冷凝板上，又可以使低溫冷凝板維持較低的溫度，以利于提高對氣體分子的捕獲幾率。但人字形輻射擋板的存在也阻擋了被抽氣體分子的運動，對低溫冷凝泵的抽速也有影響。

　　故影響人字形輻射擋板性能的主要參數是傳輸幾率W和透射系數tp。對人字形輻射擋板來說，傳輸幾率越大，透射系數越大，擋板阻擋熱輻射的效果越差；傳輸幾率越小，透射系數越小，擋板阻擋熱輻射的效果變好，但同時也會阻擋被抽氣體分子的運動。故人字形輻射擋板設計時應盡量提高傳輸幾率，減小透射系數。傳輸幾率主要取決于人字形輻射擋板的結構參數。擋板對散射光子的傳輸能力(即透射系數)決定了來自真空室的熱輻射施加到低溫冷凝板上的熱負荷，此透射系數主要取決于人字形輻射擋板的結構參數及其擋板表面對熱輻射的吸收率。根據文獻，當人字形葉片的夾角為120°時，透射系數與此夾角的關系不大，但傳輸幾率具有一個明顯的最大值。采用表面噴涂黑色油漆的方式，對傳輸幾率沒有影響，但可以大大提高人字形葉片表面的吸收率，進而可以降低人字形輻射擋板的透射系數。EAST-NBI用差分式低溫冷凝泵主要采用的是液氮冷卻的、夾角為120°、表面采用黑色油漆噴涂的人字形輻射擋板。本文主要利用蒙特卡羅方法，根據實際的裝置幾何尺寸，尋求最佳的人字形擋板結構參數。

圖2 差分式低溫冷凝泵的結構示意圖

5、結論

　　(1)本文運用蒙特卡羅方法模擬人字形輻射擋板的傳輸幾率。計算結果表明，人字形輻射擋板的傳輸幾率隨著葉片間重疊距離的增大而減小。這為人字形輻射擋板的結構優化提供基礎。

　　(2)通過查閱相關文獻，綜合考慮人字形輻射擋板的傳輸幾率和透射系數，該人字形輻射擋板的結構參數為:a=76.2mm；b=44mm；c=3.9mm；傳輸幾率為0.26；透射系數約為10^-4。