Tokamak中自举电流的剖面准直性

利用Harris模型,通过求解等离子体平衡方程,计算俘获粒子份额,分别对常规剪切和中心负剪切下tokamak中的自举电流的大小和剖面准直性进行了计算和分析.自举电流分布与等离子体平衡电流分布之间的剖面准直性可以通过调整等离子体的密度、温度和电流分布参数,以及描述等离子体形状的拉长度k和三角变形因子d来获得.中心负剪切位形有利于自举电流产生,并有好的剖面准直性.通过计算比较,分别在常规剪切位形下和中心负剪切位形下获得了一组优化的等离子体参数,在这组参数下,自举电流有较大的份额和好的剖面准直性 关键词： tokamak 自举电流 剖面准直性     

HL－1装置中LHCD和等离子体参数的关系

本文研究了在ＨＬ－１托卡马克的不同放电阶段的低混杂波驱动特性。给出了驱动电流及驱动效率和等离子体参数，如电子平均密度ｎｅ、等离子体电流Ｉｐ及纵向磁场的关系。也给出和分析了波驱动和入射波功率的关系。在放电平段，对正反向驱动效率进行了研究和比较。     

HL—1装置中LHCD和等离子体参数的关系

本文了在ＨＬ－１托卡马克的不同放电阶段的低混杂波驱动特性，给出了驱动电流及驱动效率和等离子体参数，如电子平均密度ｎｃ，等离子体电流Ｉｐ及纵向磁场的关系，也给出和分析了波驱动和入射波功率的关系，在放电平段，对正反向驱动效率进行了研究和比较。     

零维系统模型改进及其对EAST稳态运行区的分析和预测

零维系统模型已广泛应用于下一代托卡马克装置设计以及聚变反应堆等离子体性能的预测和分析,但普遍采用物理近似和经验公式会导致较大的系统性误差.本文通过引入等离子体平衡程序使主要等离子体分布参数及其计算基于磁面信息,引入Sauter模型的自举电流系数与碰撞率变化关系改进自举电流计算,利用EAST上的实验结果对改进后的模型进行验证,零维系统模型计算结果与动理学平衡分析结果基本符合.利用改进模型从已有实验结果出发,对EAST上实现500 kA等离子体电流的稳态、长脉冲运行区所需要的加热/电流驱动功率及其能够达到的归一化比压进行了分析和预测.计算结果表明,EAST在7.0—9.5 MW加热/驱动功率,约束改善因子H98为1.25—1.35,归一化密度fnG约为0.9的参数范围内可以实现500 kA等离子体电流且自举电流份额在50%以上的稳态运行;9.5 MW加热/驱动功率,H98为1.0—1.4,fnG为0.8—1.0的参数范围可以实现较高性能的长脉冲或稳态运行.综合来说,提升等离子体约束性能,可在较低的加热/驱动功率下实现同样等离子体参数的完全非感应运行,扩展等离子体运行区,是实现高参数等离子体...     

托卡马克能量约束及自举电流效应的初步考虑

基于Lee等人的离子温度梯度模导致的反常热能输运系数,本文研究了辅助加热托卡马克等离子体的能量约束行为,并对自举电流的效应作了初步考虑。结果表明,计算得到的能量约束时间随等离子体电流I_p和托卡马克大半径R增大而增长,随注入功率P_t、环向场B_t以及等离子体小半径α的增大而缩短。这些结果与Kaye-Goldston的经验约束定标具有相同的趋势。自举电流的存在总是导致能量约束时间的增加,当自举电流与总电流的比值γ较小时,能量约束时间的增加率约为γ/2。此外,自举电流将造成锯齿反转半径的减小。     

等离子体断路开关的一维磁流体力学数值模拟

 采用磁流体力学的方法对等离子体端路开关进行了一维数值模拟，通过对给定的进入等离子体的电流波形模型的计算，给出了轴向上等离子体的运动及其不同时刻的密度分布，分析了磁场在等离子体内部的异常渗透过程，指出考虑Hall效应是产生这一异常现象的最为主要的因素。     

会切装置静电堵漏实验

本文描述静电堵漏会切型等离子体约束系统和实验方法,绘出了电子注入、堵漏电极作用、等离子体约束性能的实验结果,对结果进行了必要的分析和讨论。得到的等离子体参数为:密度n～10~(10)cm~(-3);寿命τ～2ms;电子温度T_e～50eV;等离子体电位φp～-68V。证明了密度与磁场的定标关系,堵漏电极的作用是明显而有效的,主要实验结果与理论符合较好。     

J-TEXT装置纵场电源系统及其调试

J-TEXT装置的纵场磁体是由十六个近似圆形的常规铜线圈串联而成。纵场电源系统需要为纵场磁体提供最大电流为160kA、平顶时间为500ms的准梯形电流波形,以在等离子体中心产生最大为3T的磁场。基于原TEXT-U纵场电源的电路结构,重新设计和改造了电源的控制系统和保护系统。目前,纵场电源系统已经通过了测试,在J-TEXT装置首轮放电运行中,该系统可输出92.5kA的平顶电流,在等离子体中心产生了约1.74T的磁场。     

J-TEXT铁芯模型欧姆放电数值模拟

本文采用有限元软件分析了J-TEXT的完整铁芯模型、等离子体电流丝模型和简化中心螺线管模型的磁场特征,确定了简化中心螺线管的几何参数与电流,之后把有限长度中心通电螺线管参数加到托卡马克模拟程序TSC模型中,模拟J-TEXT的欧姆放电过程,获得了欧姆放电电流、电子温度、等离子体密度、等离子体电流,磁轴位置等参数。模拟结果与实验结果数据相符,为具有铁芯结构的托卡马克放电模拟提供了有效手段。     

托卡马克等离子体电流爬升阶段逃逸电子行为

 分析了电流爬升阶段等离子体密度和电流爬升率对逃逸电子行为的影响,研究了低杂波辅助电流驱动条件下的逃逸电子辐射行为。结果发现：电流爬升阶段等离子体密度的大小严重影响了电流爬升阶段甚至电流平顶阶段逃逸电子的行为,较低的等离子体密度将会导致放电过程中比较强的逃逸电子辐射;低能逃逸电子辐射随着电流爬升率的增大而增强;低杂波辅助电流爬升可以有效地节约装置的伏秒数;降低放电过程中的环电压,可有效抑制逃逸电子的产生。     

聚变堆液态包层增殖区铅锂与氦气多流场耦合换热特性研究

采用三维计算流体动力学(CFD)方法对聚变堆液态包层增殖区高温液态铅锂与结构内高压氦气耦合换热进行数值模拟。建立了充放式高压氦气回路和换热实验段,开展了包层典型工况下液态铅锂与氦气多流场耦合换热对比实验验证。研究了氦气压力和增殖区铅锂入口温度、核热功率密度变化时的流动与传热特性及其影响规律,获得了氦气与RAFM钢壁面、液态铅锂与RAFM钢壁面之间的换热系数和换热关联式,为液态包层的设计研发提供了参考依据。     

中国 HCCB-TBM 氚增殖球床热工水力学特性数值模拟

基于 CFD 软件平台,针对中国 HCCB-TBM 氚增殖区球床热工水力学特性开展 3 维数值模拟研究。 依据 ITER 实际运行工况给出吹氚氦气和结构冷却剂氦气在硅酸锂球床内的流动与传热特性,获取球床内详细的 速度分布、温度分布和压力降。计算结果表明：圆球的排列方式影响球床内氦气流场和球床的最高温度;ITER 运行工况下 HCCB-TBM 增殖区硅酸锂小球及其壁面的最高温度不会超过设计温度。研究结果为增殖区热工水力 学方案的设计验证和下一步开展实验提供参考。     

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The activation properties of SIMP steel have been simulated under the conditions of the water cooled ceramic breeder (WCCB) blanket for China Fusion Engineering Test Reactor (CFETR) by coupling of the MCNP (Monte Carlo N-Particle Transport Code) and FISPACT activation code. The simulation results of specific activity, decay heat, contact dose rate and radiation damage of SIMP steel have been fully compared with other RAFM steel such as EUROFER-97, F82H and so on. The comparisons show that the SIMP has good activation performance corresponding to low activation performance of RAFM. It is conclusion that the SIMP can be chosen as one candidate structural material used for future fusion reactor blanket.     

核用结构材料SIMP钢低活化特性的分析与比较

在中国聚变工程实验堆(CFETR)水冷陶瓷增殖(WCCB)包层的设计条件下,对水冷包层应用SIMP 钢,使用蒙特卡罗中子输运程序MCNP 与欧洲研制的材料活化计算程序FISPACT 耦合计算,分析了SIMP 钢结构材料的放射性比活度、衰变热、接触剂量率和辐照损伤等。通过与EUROFER-97、F82H 等多种低活化钢的对比发现,SIMP 钢在多个活化结果上达到国际上认可的低活化铁素体/马氏体钢(RAFM)的低活化特性。因此,SIMP 钢可作为未来聚变堆包层的候选结构材料。     

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Based on the CFD software platform FLUENT, three-dimensional numerical simulation was carried out for thermal hydraulics characteristics of the breeder zone pebble bed for China helium cooled ceramic breeder-test blanket module (HCCB-TBM). According the actual operating conditions of ITER, such as the nuclear heat distributions in the breeder zone and structure wall, the inlet velocities and temperatures of purge gas helium and coolant helium, the flow field and heat transfer characteristics of the purge gas helium carrying the tritium flowing over the lithium silicate pebble bed were obtained, and the temperature distribution and pressure drop were presented as well. The calculation results show that the permutation mode of the lithium silicate spheres in the pebble bed have an influence on the flow field and the maximum temperature of the pebble-bed. The maximum temperature of the pebble-bed and the structure wall does not exceed the designed temperature under the ITER operating conditions. The results will be benefit for the design verification of the breeder zone thermal hydraulics scheme and improving the following experiments of the purge gas.     

CFETR水冷包层电磁结构耦合分析

利用软件 Maxwell 对中国聚变工程实验堆(CFETR)高场侧的水冷陶瓷增殖(WCCB)包层进行电磁分析,得到了包层在等离子体电流线性 36ms 衰减工况下产生的电磁载荷。采用载荷传递耦合法,结合软件 ANSYS可得包层中产生的形变位移和等效应力。分析结果表明,WCCB 包层中产生的最大等效应力符合设计要求,且形变位移均在许用范围之内,初步验证了包层结构设计的合理性。     

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Thermal diffusivity of reduced activation ferritic/martensitic (RAFM) steel CLF-1 has been determined by the modified photoacoustic piezoelectric (PAPE) technique. Firstly, the modified PAPE theoretical model is introduced and the experimental condition with high measurement precision are identified; Secondly, the experimental system is set up and calibrated by investigating the thermal diffusivity of nickel; Finally, the thermal diffusivity of RAFM steel CLF-1 is measured by the modified PAPE method. The results show that the RAFM steel CLF-1 has good thermal diffusion properties and is a fusion reactor structural material with excellent heat conductivity. The modified PAPE technique can determine the thermal diffusivity of RAFM steel CLF-1effectively, and provides an effective way to investigate the thermal-physical property of fusion reactor structural material.     

RAFMs 中厚板TIG 焊下的温度场和应力场研究

应用ANSYS 软件对低活化马氏体/铁素体钢(RAFMs)中厚板多道焊接过程进行三维有限元模拟,将得到的温度场和应力场分别与实验对比,对焊缝区和热影响区宽度进行预测,并通过焊接实验进行验证,同时对焊后的试件进行了金相分析和硬度测试。结果表明：温度场和应力场模拟结果和实测结果基本一致,焊缝区以及热影响区宽度的模拟结果和实测结果基本吻合;采用316L 焊丝填充的焊缝,焊缝与母材熔合较好,焊缝没有明显缺陷;硬度检测呈现：焊缝的硬度大大高于热影响区和母材。     

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应用ANSYS软件对低活化马氏体/铁素体钢(RAFMs)中厚板多道焊接过程进行三维有限元模拟,将得到的温度场和应力场分别与实验对比,对焊缝区和热影响区宽度进行预测,并通过焊接实验进行验证,同时对焊后的试件进行了金相分析和硬度测试。结果表明：温度场和应力场模拟结果和实测结果基本一致,焊缝区以及热影响区宽度的模拟结果和实测结果基本吻合;采用316L焊丝填充的焊缝,焊缝与母材熔合较好,焊缝没有明显缺陷;硬度检测呈现：焊缝的硬度大大高于热影响区和母材。     

托卡马克工程试验混合堆概念设计

本文描述了托卡马克工程试验混合堆(TETB-Ⅲ)的概念设计。堆芯等离子体、各类磁体、包层中子学与热工水力、磁体屏蔽等设计协调一致地体现在堆结构设计中。结构设计考虑了各部件维修的需要和冷却剂进出管道的具体安排。燃料增殖只安排在等离子体环的外侧包层,放宽对内侧包层的中子学性能要求,以及实现较低的锂冷却剂磁流体动力学压降等是设计的一些特点。最后,对设计进行了安全性分析和有关放射性的计算。