1.本发明属于磁约束核聚变领域，具体涉及一种可实现正面遥操作的穹顶靶板装置及其遥操作方法。
背景技术：2.偏滤器是磁约束核聚变装置中的关键系统，偏滤器一般包括内靶板、外靶板及穹顶靶板(dome)，其中穹顶靶板位于内靶板和外靶板之间，主要功能是保护dome下部的其它部件免受高能粒子的打击、排除热量以及与内、外靶板一起形成内、外两个较深的“v”形谷，使中性粒子和杂质被隔离在此区域。在聚变堆中，由于中子活化的作用，穹顶靶板具有一定的放射性，因此无法采用传统的人工操作的方式对穹顶靶板(dome)进行安装、拆卸及维护等操作，必须采用机械臂进行遥操作；为防止穹顶靶板(dome)在遥操作过程中出现卡死的问题，降低遥操作难度，穹顶靶板(dome)在安装过程中应具有自定位功能。此外，氚自持是聚变堆商用运行的必备条件之一，增大穹顶靶板部位的氚增值率对于实现聚变堆的氚自持具有重要意义。
技术实现要素：3.为解决上述技术问题，本发明提供一种可实现正面遥操作的穹顶靶板装置及其遥操作方法，本发明的穹顶靶板直接与其底部的增殖包层联结，取消中子屏蔽层，可充分利用其底部的增殖包层提升氚增值率。
4.为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
5.一种可实现正面遥操作的穹顶靶板装置，包括靶板、联结座、主支撑体、联结水管、2个主螺钉及其垫圈、包层联结水管以及包层联结座；其中所述靶板、联结座、主支撑体、联结水管共同构成穹顶靶板；所述包层联结座直接固定在包层之上；所述靶板由上至下依次为第一壁材料和热沉；每个穹顶靶板包括若干常规靶板和2条特殊靶板，2条特殊靶板位于所有靶板的中间，其上设置有1个主进、出水管遥操作通道、2个主螺钉遥操作通道，分别用于对2个主螺钉、主进水管、主出水管进行遥操作；2个主螺钉遥操作通道位于靶板的2端，主进、出水管遥操作通道位于特殊靶板的中间位置附近，2条特殊靶板在靠近穹顶靶板的宽度方向对称面的位置上设置有下沉面，3个遥操作通道均位于该下沉面上，防止3个遥操作通道受到等离子体的直接打击；所述下沉面的另一侧设置有倾斜的倒角，等离子体打击在倾斜的倒角上，用于减少打击在倒角上的热流密度；所述主支撑体的下部设计有4个第一定位斜面、定位凸台，所述包层联结座上设置有相应的4个第二定位斜面、定位平面，主支撑体通过第一定位斜面与第二定位斜面的配合、定位凸台与定位平面的配合确定其在所述包层联结座上的位置，并在遥操作的过程中实现自定位功能。
6.进一步地，所述靶板在第一壁材料和热沉之间设置一层无氧铜或石墨纸作为应力缓冲材料或改善接触传热的过渡层；所述第一壁材料为纯钨、钨合金、铍、钼、石墨或高导热碳纤维复合材料；所述热沉为铜-钢复合板，其中铜-钢复合板的铜层位于靠近所述第一壁
材料的一侧，所述第一壁材料、过渡层与热沉通过螺钉或焊接方式联结；所述热沉内开设有靶板冷却流道，所述靶板冷却流道的顶部延伸至热沉的铜-钢复合板的铜层。
7.进一步地，所述联结座位于靶板和主支撑体的中间，用于联结靶板和主支撑体，将靶板所受到的电磁力传递至主支撑体，并保证靶板的安装精度。
8.进一步地，所述主支撑体的底部设置有主进水管、主出水管；主进水管、主出水管的一端与分别与主支撑体内的进水腔、出水腔相联，所述主进水管、主出水管的另一端与包层联结水管联结，用于将冷却水引入到主支撑体内；所述主支撑体内设置有相应的前冷却流道、后冷却流道，分别与进水腔、出水腔相连，用于冷却主支撑体，并将冷却水引导至前分水腔、后分水腔，联结水管将前分水腔、后分水腔与靶板冷却流道相联，从而将冷却水引至靶板内。
9.进一步地，所述主支撑体的两端设置有2个主螺钉沉孔，用于容纳2个主螺钉。
10.进一步地，所述进水腔、出水腔的上端设置有封盖，用于封闭进水腔、出水腔，在移除封盖之后，可以对主进、出水管进行切割、焊接以及探伤遥操作。
11.进一步地，2根包层联结水管的一端与分别与主进水管、主出水管联结在一起，另一端与增殖包层内的供水管道相联，用于将冷却水引入到穹顶靶板内；所述包层联结水管沿长度方向呈s形，用于容纳水管的热变形；在包层联结水管内设置有切屑收纳凹槽，用于收集主进水管、主出水管以及封盖切割过程中产生的切屑；在水管切割完成后，由遥操作机械臂上的吸尘设备，将切屑收纳凹槽内的切屑清除。
12.进一步地，所述包层联结座直接固定在增殖包层上。
13.进一步地，所述包层联结座上还设置有2个主螺钉孔，用于紧固2个主螺钉。
14.进一步地，所述定位凸台的数量大于或等于3个。
15.本发明还提供一种可实现正面遥操作的穹顶靶板装置的遥操作方法，包括安装过程和拆卸过程，所述安装过程包括如下步骤：
16.步骤1：初始姿态调整：遥操作机械手夹持穹顶靶板由真空室的窗口进入真空室，夹持位置设置在靶板上的主进水管、主出水管遥操作通道或2个主螺钉遥操作通道，然后在真空室内调整穹顶靶板初始姿态，确保穹顶靶板在安装过程中不与真空室内其他部件干涉，然后由机械手将穹顶靶板运送至包层联结座附近；
17.步骤2：穹顶靶板定位：在遥操作机械手的夹持下，由4个第一定位斜面、4个第二定位斜面导向，将穹顶靶板安装到包层联结座上的正确位置；
18.步骤3：主螺钉预紧、安装：遥操作机械手将2个主螺钉及其垫圈移至主螺钉沉孔内，预紧主螺钉，完成穹顶靶板的安装过程；对2个主螺钉进行逐步交替预紧或对2个主螺钉同时预紧；
19.步骤4：主水管焊接：遥操作焊接工具通过靶板上的主进、出水管遥操作通道到达包层联结水管的水管接缝处，对主进水管、主出水管进行焊接、检漏；完成主进水管、主出水管焊接之后，焊接、探伤工具移出，清除切屑收集凹槽内的切屑，焊接水腔的封盖，完成主进水管、主出水管的焊接操作。
20.进一步地，所述拆卸过程包括如下步骤：
21.步骤1：拆卸主螺钉及垫圈，对2个主螺钉同时拆卸或者逐步交替拆卸；
22.步骤2：拆除封盖，切割主进水管、主出水管，清除切屑收集凹槽内的切屑；
23.步骤3：将穹顶靶板从包层联结座上移走，调整穹顶靶板的姿态；
24.步骤4：将穹顶靶板由真空室窗口移除，进行后续维护工作。
25.有益效果：
26.本发明可实现穹顶靶板的正面遥操作，降低了遥操作难度；穹顶靶板在安装过程中应具有自定位功能，防止穹顶靶板在遥操作过程中出现卡死的问题；穹顶靶板直接与包层联结，增大穹顶靶板部位的氚增值率。
附图说明
27.图1为本发明的一种可实现正面遥操作的穹顶靶板装置的安装示意图；
28.图2为本发明的一种可实现正面遥操作的穹顶靶板装置的结构示意图；
29.图3为本发明的一种可实现正面遥操作的穹顶靶板装置的俯视图；
30.图4为本发明的一种可实现正面遥操作的穹顶靶板装置的a-a剖视图；
31.图5为图4中b的局部放大视图；
32.图6为本发明的一种可实现正面遥操作的穹顶靶板装置的底部结构示意图；
33.图7为本发明的靶板轮廓及水管联结方式示意图；
34.图8为常规靶板纵截面(沿常规靶板长度方向)剖视图；
35.图9为本发明的靶板的c-c剖视图；
36.图10为本发明的主支撑体内的流道示意图；
37.图11为本发明的包层联结座示意图；
38.图12为本发明的主进、出水管联结示意图。
39.其中，0-穹顶靶板；1-靶板；1.1-常规靶板；1.2-特殊靶板；1.2.1-主螺钉遥操作通道；1.2.2-主进、出水管遥操作通道；1.2.3-倒角；1.2.4-下沉面；2-联结座；3-主支撑体；3.1-定位凸台；3.2-第一定位斜面；3.3-进水腔；3.4-出水腔；3.5-封盖；3.6-前冷却流道；3.7-前分水腔；3.8-后冷却流道；3.9-后分水腔；3.10-主螺钉沉孔；4-联结水管；5-主螺钉；6-包层联结座；6.1-主螺钉孔；6.2-定位平面；6.3-第二定位斜面；7-第一壁材料；8-热沉；9-过渡层；10-靶板冷却流道；11-主进水管；12-主出水管；13-包层联结水管；13.1-切屑收集凹槽；14-垫圈。
40.具体实施方法
41.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
42.如图1-11所示，本发明实施例提供一种具有正面遥操作的穹顶靶板装置，主要包括靶板1、联结座2、主支撑体3、联结水管4、2个主螺钉5以及包层联结座6。所述靶板1、联结座2、主支撑体3、联结水管4共同构成穹顶靶板0。如图7、8所示，靶板1由上至下依次为第一壁材料7、热沉8，在第一壁材料7和热沉8之间设置一层无氧铜作为过渡层9，用作应力缓冲材料；第一壁材料7可为纯钨、钨合金、铍、钼、石墨、高导热碳纤维复合材料等耐高温、耐烧蚀和低溅射率的材料，热沉8为铜-钢复合板，其中铜-钢复合板的铜层位于靠近第一壁材料7的一侧，第一壁材料7与热沉8通过螺钉或焊接方式联结。所述热沉8内开设有靶板冷却流
道10，用于排除靶板1所受到的热负荷，靶板冷却流道10的顶部延伸至热沉8的铜层。
43.如图2，图7所示，每个穹顶靶板0包含常规靶板1.1和特殊靶板1.2两种类型，所有靶板1均为长条形且沿穹顶靶板0的宽度方向并排布置，特殊靶板1.2共计2条，位于所有靶板1阵列的中间位置，两条常规靶板1.1平均分布在特殊靶板1.2的两侧。其中，特殊靶板1.2上设计有2个主螺钉遥操作通道1.2.1以及主进、出水管遥操作通道1.2.2，下沉面1.2.4以及倾斜的倒角1.2.3，因此被称作特殊靶板。所述特殊靶板1.2上设置有1个主进、出水管遥操作通道1.2.2、2个主螺钉遥操作通道1.2.1，分别用于对2个主螺钉5、主进水管11、主出水管12进行遥操作，2个主螺钉遥操作通道1.2.1位于特殊靶板1.2的2端，主进、出水管遥操作通道1.2.2位于特殊靶板1.2的中间位置附近，2条特殊靶板1.2在靠近穹顶靶板0的宽度方向对称面的位置上设置有下沉面1.2.4，主螺钉遥操作通道1.2.1以及主进、出水管遥操作通道1.2.2均位于该下沉面1.2.4上，防止上述3个遥操作通道受到等离子体的直接打击，下沉面1.2.4的另一侧设计有倾斜的倒角1.2.3，等离子体设计为打击在该倾斜的倒角1.2.3上，用于减少打击在倒角1.2.3上的热流密度。
44.如图4，图10所示所述联结座2位于靶板1和主支撑体3的中间，用于联结所述靶板1和主支撑体3，将靶板1所受到的电磁力传递至主支撑体3，并保证靶板1的安装精度。所述主支撑体3的上部与联结座2固联，主支撑体3的下部设计有4个定位凸台3.1和4个第一定位斜面3.2，主进水管11、主出水管12在主支撑体3的底部与进水腔3.3、出水腔3.4焊接在一起，进水腔3.3、出水腔3.4的顶部设计有封盖3.5，用于封闭出水腔3.4、进水腔3.3。在移除封盖3.5后可对主进水管11、主出水管12进行遥操作；进水腔3.3、出水腔3.4位于穹顶靶板0的中部，用于将冷却水分别分配到2条前冷却流道3.6，2条后冷却流道3.8中。所述前冷却流道3.6一端与进水腔3.3相连，另一端与前分水腔3.7相连，后冷却流道3.8一端与出水腔3.4相连，另一端与后分水腔3.9相连。
45.所述靶板冷却流道10的一端通过联结水管4与前分水腔3.6相连，另外一端通过联结水管4与后分水腔3.9相连，从而在靶板1和主支撑体3之内形成完整的冷却回路；主支撑体3上设计有2个主螺钉沉孔3.10，用于容纳2个主螺钉5。
46.如图4、12所示，所述包层联结水管13与包层内的水管联结，2根包层联结水管13的一端分别与主进水管11、主出水管12联结在一起，另一端与增殖包层内的供水管道相联，用于将冷却水引入到穹顶靶板0内。包层联结水管13沿长度方向呈s形，用于容纳水管的热变形，在包层联结水管13内设计有切屑收纳凹槽13.1，用于收集主进水管11、主出水管12以及封盖3.5在切割过程中产生的切屑。在切割完成后，由遥操作机械臂上的吸尘设备，将切屑收纳凹槽内13.1的切屑清除，防止切屑进入冷却管道。
47.如图11所示，所述包层联结座6设置有主螺钉孔6.1、定位平面6.2以及第二定位斜面6.3，分别与定位凸台3.1、第一定位斜面3.2相配合，进而确定主支撑体3的位置。所述包层联结座6直接固定在增殖包层上，其上设置有与主支撑体3上的第一定位斜面3.2、定位凸台3.1相匹配的4个第二定位斜面6.3以及定位平面6.2，用于确定主支撑体3以及穹顶靶板0的精确位置。所述包层联结座6上的第二定位斜面6.3与主支撑体3上的第一定位斜面3.2在穹顶靶板0的安装过程中起到导向作用，从而实现穹顶靶板0在安装过程中的自定位功能。所述包层联结座6上的2个主螺钉孔6.1用于紧固2个主螺钉5。
48.本发明的一种具有正面遥操作的穹顶靶板装置的遥操作方法包括穹顶靶板的安
装和拆卸过程，其安装过程分为4个步骤，具体过程如下：
49.步骤1：初始姿态调整。遥操作机械手夹持穹顶靶板0由窗口进入真空室，加持位置设置在靶板1上的主进、出水管遥操作通道1.2.2或2个主螺钉遥操作通道1.2.1，然后在真空室内调整穹顶靶板0的初始姿态，确保穹顶靶板0在安装过程中不会与包层或其他部件干涉，然后由机械手将穹顶靶板0运送至包层联结座6附近。
50.步骤2：穹顶靶板0定位。在遥操作机械手的夹持下，并由4个第一定位斜面3.2、4个第二定位斜面6.3导向，穹顶靶板0安装到包层联结座6上正确位置，定位凸台3.1与定位平面6.2接触时，穹顶靶板0安装到位。
51.步骤3：主螺钉5预紧、安装。遥操作工具将2个主螺钉5及垫圈14移至主螺钉沉孔3.10内，预紧主螺钉5，完成穹顶板0的安装过程；由于2个主螺钉5距离较远，在对主螺钉5进行预紧时，为防止单侧的定位凸台3.1受力过大或卡死，需要对2个主螺钉5进行逐步交替预紧；或采用2个主螺钉5同时预紧的方案。
52.步骤4：主进、出水管焊接。遥操作焊接工具通过靶板1上的主进、出水管遥操作通道1.2.2到达主进水管11、主出水管12与包层联结水管13的水管接缝处，对水管进行焊接、检漏；完成焊接之后，焊接、探伤工具移出，清除切屑收集凹槽13.1处可能存在的异物，焊接封盖3.5，完成水管焊接操作。
53.本发明的穹顶靶板0的遥操作拆卸方案与安装方案基本相同，但顺序相反，具体过程如下：
54.步骤1：拆卸主螺钉5、垫圈14，采用2个主螺钉5同时拆卸，或者逐步交替拆卸的方案。
55.步骤2：拆除封盖5，将主进水管11、主出水管12从包层联结水管13切割断开，清除切屑收集凹槽13.1中的切屑。
56.步骤3：将穹顶靶板0从包层联结座6上移走，调整调整穹顶靶板0的姿态。
57.步骤4：将穹顶靶板0由真空室窗口移除，进行后续维护工作。
58.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：1.一种可实现正面遥操作的穹顶靶板装置，其特征在于：包括靶板、联结座、主支撑体、联结水管、2个主螺钉及其垫圈、包层联结水管以及包层联结座；其中所述靶板、联结座、主支撑体、联结水管共同构成穹顶靶板；所述包层联结座直接固定在包层之上；所述靶板由上至下依次为第一壁材料和热沉；每个穹顶靶板包括若干常规靶板和2条特殊靶板，2条特殊靶板位于所有靶板的中间，其上设置有1个主进、出水管遥操作通道、2个主螺钉遥操作通道，分别用于对2个主螺钉、主进水管、主出水管进行遥操作；2个主螺钉遥操作通道位于靶板的2端，主进、出水管遥操作通道位于特殊靶板的中间位置附近，2条特殊靶板在靠近穹顶靶板的宽度方向对称面的位置上设置有下沉面，3个遥操作通道均位于该下沉面上，防止3个遥操作通道受到等离子体的直接打击；所述下沉面的另一侧设置有倾斜的倒角，等离子体打击在倾斜的倒角上，用于减少打击在倒角上的热流密度；所述主支撑体的下部设计有4个第一定位斜面、定位凸台，所述包层联结座上设置有相应的4个第二定位斜面、定位平面，主支撑体通过第一定位斜面与第二定位斜面的配合、定位凸台与定位平面的配合确定其在所述包层联结座上的位置，以在遥操作的过程中实现自定位功能。2.根据权利要求1所述的一种可实现正面遥操作的穹顶靶板装置，其特征在于，所述靶板在第一壁材料和热沉之间设置一层无氧铜或石墨纸作为应力缓冲材料或改善接触传热的过渡层；所述第一壁材料为纯钨、钨合金、铍、钼、石墨或高导热碳纤维复合材料；所述热沉为铜-钢复合板，其中铜-钢复合板的铜层位于靠近所述第一壁材料的一侧，所述第一壁材料、过渡层与热沉通过螺钉或焊接方式联结；所述热沉内开设有靶板冷却流道，所述靶板冷却流道的顶部延伸至热沉的铜-钢复合板的铜层。3.根据权利要求1所述的一种可实现正面遥操作的穹顶靶板装置，其特征在于，所述联结座位于靶板和主支撑体的中间，用于联结靶板和主支撑体，将靶板所受到的电磁力传递至主支撑体，并保证靶板的安装精度。4.根据权利要求1所述的一种可实现正面遥操作的穹顶靶板装置，其特征在于，所述主支撑体的底部设置有主进水管、主出水管；主进水管、主出水管的一端分别与主支撑体内的进水腔、出水腔相联，所述主进水管、主出水管的另一端与包层联结水管联结，用于将冷却水引入到主支撑体内；所述主支撑体内设置有相应的前冷却流道、后冷却流道，分别与进水腔、出水腔相连，用于冷却主支撑体，并将冷却水引导至前分水腔、后分水腔，联结水管将前分水腔、后分水腔与靶板冷却流道相联，从而将冷却水引至靶板内。5.根据权利要求1所述的一种可实现正面遥操作的穹顶靶板装置，其特征在于，所述主支撑体的两端设置有2个主螺钉沉孔，用于容纳2个主螺钉。6.根据权利要求1所述的一种可实现正面遥操作的穹顶靶板装置，其特征在于，所述进水腔、出水腔的上端设置有封盖，用于封闭进水腔、出水腔，在移除封盖之后，可以对主进、出水管进行切割、焊接以及探伤遥操作。7.根据权利要求1所述的一种可实现正面遥操作的穹顶靶板装置，其特征在于，2根包层联结水管的一端与分别与主进水管、主出水管联结在一起，另一端与增殖包层内的供水管道相联，用于将冷却水引入到穹顶靶板内；所述包层联结水管沿长度方向呈s形，用于容纳水管的热变形；在包层联结水管内设置有切屑收纳凹槽，用于收集主进水管、主出水管以及封盖切割过程中产生的切屑；在水管切割完成后，由遥操作机械臂上的吸尘设备，将切屑收纳凹槽内的切屑清除。
8.根据权利要求1所述的一种可实现正面遥操作的穹顶靶板装置，其特征在于，所述包层联结座直接固定在增殖包层上。9.根据权利要求1所述的一种可实现正面遥操作的穹顶靶板装置，其特征在于，所述包层联结座上还设置有2个主螺钉孔，用于紧固2个主螺钉。10.根据权利要求1所述的一种可实现正面遥操作的穹顶靶板装置，其特征在于，所述定位凸台的数量大于或等于3个。11.根据权利要求1-10之一所述的可实现正面遥操作的穹顶靶板装置的遥操作方法，包括安装过程和拆卸过程，其特征在于，所述安装过程包括如下步骤：步骤1：初始姿态调整：遥操作机械手夹持穹顶靶板由真空室的窗口进入真空室，夹持位置设置在靶板上的主进水管、主出水管遥操作通道或2个主螺钉遥操作通道，然后在真空室内调整穹顶靶板初始姿态，确保穹顶靶板在安装过程中不与真空室内其他部件干涉，然后由机械手将穹顶靶板运送至包层联结座附近；步骤2：穹顶靶板定位：在遥操作机械手的夹持下，由4个第一定位斜面、4个第二定位斜面导向，将穹顶靶板安装到包层联结座上的正确位置；步骤3：主螺钉预紧、安装：遥操作机械手将2个主螺钉及其垫圈移至主螺钉沉孔内，预紧主螺钉，完成穹顶靶板的安装过程；对2个主螺钉进行逐步交替预紧或对2个主螺钉同时预紧；步骤4：主水管焊接：遥操作焊接工具通过靶板上的主进、出水管遥操作通道到达包层联结水管的水管接缝处，对主进水管、主出水管进行焊接、检漏；完成主进水管、主出水管焊接之后，焊接、探伤工具移出，清除切屑收集凹槽内的切屑，焊接水腔的封盖，完成主进水管、主出水管的焊接操作。12.根据权利要求11所述的遥操作方法，其特征在于，所述拆卸过程包括如下步骤：步骤1：拆卸主螺钉及垫圈，对2个主螺钉同时拆卸或者逐步交替拆卸；步骤2：拆除封盖，切割主进水管、主出水管，清除切屑收集凹槽内的切屑；步骤3：将穹顶靶板从包层联结座上移走，调整穹顶靶板的姿态；步骤4：将穹顶靶板由真空室窗口移除，进行后续维护工作。
技术总结本发明公开一种可实现正面遥操作的穹顶靶板装置及其遥操作方法，装置包括：靶板、联结座、主支撑体、包层联结水管以及包层联结座；所述靶板包括若干常规靶板和2条特殊靶板，2条特殊靶板位于所有靶板的中间，其上设置有遥操作通道；所述联结座位于靶板和主支撑体中间，用于联结主支撑体和靶板；所述主支撑体的上部与联结座相连，用于支撑靶板，下部设计有定位凸台和定位斜面，用于确定穹顶靶板的位置，在穹顶靶板的安装阶段可实现穹顶靶板的自定位功能；所述包层联结座的底部直接固定在包层之上，上部设计有与穹顶靶板底部的定位斜面和定位凸台相配合的定位面。本发明可实现穹顶靶板的正面遥操作功能，并可提升聚变堆的氚增值率。率。率。
技术研发人员：殷磊 张西洋 许铁军 李磊 王兆亮 訾鹏飞 韩乐 曹磊 姚达毛
受保护的技术使用者：中国科学院合肥物质科学研究院
技术研发日：2022.07.26
技术公布日：2022/11/1
