EAST 装置新超导馈线系统冷却回路设计

EAST 装置电流馈线系统由13 对NbTi 材料CICC 超导母线组成,连接超导磁体系统和高温超导电流引线,为磁体系统的运行提供馈电通道和失超状态下能量的释放通道。馈线系统中超导母线由液氦制冷机通过低温分配阀箱提供的4.5K 超临界氦冷却,冷却通道进口压力为0.45MPa,出口压力不小于0.25MPa。通过对超导母线和接头内流道中的迫流氦的压降计算确定了冷却流程方案为1 对TF 超导母线单独串联组成1 个冷却通道, 12 对PF 超导母线分为6 个冷却通道,每个通道由2 对PF 超导母线串联组成。     

EAST超导托克马克磁体的大型供电供冷外馈线

EAST全超导托克马克聚变实验装置由16个D形环向场线圈和12个圆形极向场线圈组成,大半径1.7m,当环形场线圈励磁14.3kA时,中心场3.5T;±14.5kA极向场线圈可提供10Vs磁通量变化.连接这些超导磁体与13台独立电源和一台制冷机之间的低温和超导部件组成大型供电供冷馈线,在EAST装置外部的外馈线包括:两组超导母线;13对电流引线及其杜瓦;一个大的低温分配恒温器,内装有40多个低温控制阀,4.4K液氦槽,3.8K过冷槽,78K液氮槽和4台超临界氦循环泵;五条低温传输线.本文介绍外馈线的设计、安装和运行情况.     

低温温度计标定装置的研制

国家大科学工程 HT- 7U托卡马克 (Tokamak)是一个全超导核聚变实验装置。装置主机由1 6个纵场 (TF)超导线圈和 1 2个极向场 (PF)超导线圈组成 ,分别采用 4.2 K和 3 .8K超临界氦迫流冷却。选用新型低温温度计 Cernox测量超导线圈系统的温度。文中介绍低温温度计标定装置的研制和温度计 Cernox的标定结果。     

EAST新超导母线稳定性分析

EAST装置超导母线电流传输线的核心部件是13对Nb Ti材料CICCs,其作用是连接超导磁体系统和高温超导电流引线,为磁体系统的运行提供馈电通道和失超状态下能量的释放通道。超导母线的稳定性直接影响了电流传输线运行的可靠性,同时还关系到超导磁体系统的安全性,需要对其进行严谨的研究。为了研究EAST新超导母线的稳定性,分别利用数学模型和GANDALF程序对超导母线的温度裕度和能量裕度进行了计算分析。计算结果表明由于超导母线的背景磁场很小,因此其稳定性要远高于超导磁体线圈的。该文的结果将为EAST新超导母线的运行提供参考。     

ITER 超导馈线系统的设计

ITER( 国际热核试验堆) 采用超导馈线系统传输磁体线圈所需电流、冷却液及数据信号, 并在失超等异常情况, 通过馈线转移磁体能量, 以保护整个磁体系统。介绍了国际热核试验堆超导馈线系统的结构及设计情况, 为同类型超导磁体的馈线设计提供了有益的参考。     

EAST装置15kA高温超导电流引线研发

低温超导磁体采用高温超导电流引线能显著降低制冷系统的造价和运行费用.正在建造中的大型超导托卡马克核聚变试验装置(EAST)需要一对16kA和12对15kA电流引线.所研发的电流引线采用美国超导(AMSC)公司提供的Bi-2223/Ag-Au带材, 每5条超导带组成单元叠,与不锈钢支撑圆筒表面50个槽软钎焊成超导段.支撑筒两端铜接头,温端与铜电流引线段丝扣连接并低温钎焊;冷端与100根NbTi/Cu超导线直接锡铅钎焊.冷端采用4K超临界氦流冷却;温端正常运行温度为78K,用液氮冷却.设计要求在此冷却条件下的临界电流大于16kA.78～290K铜电流引线采用3头螺旋槽换热器,冷氮气冷却.为提高电流引线的安全性,在高温超导段温端贮存适量液氮作为热沉,大大增加电流引线被烧毁的时间常数.     

CFETR极向场磁体馈线系统线圈终端盒初步设计与分析

介绍了中国聚变工程实验堆(CFETR)极向场线圈馈线系统终端盒(CTB)设计,CTB由外盒体、80K内冷屏、电流引线及超导母线、内部管路系统、阀门系统等子部件组成.利用ANSYS有限元软件,在运行工况和地震工况下对CTB外盒体及内冷屏进行结构强度校核、结构热分析和地震响应分析,得到CTB外盒体的位移、应力分布云图和在地...     

在单一和连续等离子体放电条件下KSTAR PF线圈的运行特性分析

我们使用分析程序SAITOKSCPF研究了KSTAR PF 超导线圈的运行特性.为了控制KSTAR超导托卡马克的运行等离子的外形以便实现受控热核聚变反应,在超导PF线圈内通过高变化率的运行电流.由于电磁感应,在超导线圈、支持结构和低温容器内产生感应电流和损耗.超临界氦流过CICC导体内部保持超导体运行在4.2K的温度.分析表明最大的温度在PF1线圈内部.在这篇论文中,我们对于单一和连续条件下等离子体放电对超导体运行的影响进行了研究.     

上海光源超导波荡器降温特性实验研究

为解决超导波荡器磁体采用G-M制冷机传导冷却温度不均匀的问题,采用以G-M制冷机为冷源、将氦为传热工质冷却超导波荡器。通过采用两台E415制冷机预冷氦气并积液冷却磁体的方式,将氦槽内压力调节至1.6 bar—1.9 bar的工况下,可在制冷机开启55 h后将磁体从室温冷却至4.5 K,在75 h后在氦槽内完成积液50%的目标,并在87 h后将磁体冷却至3.8 K下稳定,磁体与冷头的温差约0.3 K,验证了系统利用氦气冷凝积液作为传热工质并冷却超导波荡器磁体的功能。     

上海光源超导波荡器降温特性实验研究

为解决超导波荡器磁体采用G-M制冷机传导冷却温度不均匀的问题,采用以G-M制冷机为冷源、将氦为传热工质冷却超导波荡器。通过采用两台E415制冷机预冷氦气并积液冷却磁体的方式,将氦槽内压力调节至1.6 bar—1.9 bar的工况下,可在制冷机开启55 h后将磁体从室温冷却至4.5 K,在75 h后在氦槽内完成积液50%的目标,并在87 h后将磁体冷却至3.8 K下稳定,磁体与冷头的温差约0.3 K,验证了系统利用氦气冷凝积液作为传热工质并冷却超导波荡器磁体的功能。     

EAST低温系统又一新降温模式

EAST氦低温系统是EAST(Experimental Advanced Super-conducting Tokamak)先进超导托卡马克实验装置重要子系统之一;到目前为止,EAST已经成功进行了6次降温实验。第四次降温实验于2008年8月完成,这次降温实验与前几次降温实验很不相同。前3次的降温实验冷却磁体依赖四台透平膨胀机(透平A、B、C和D),透平B、C和D获得LHe去冷却PF和TF磁体、5&8对电流引线和busline到相应的温度。透平A用于制取80K的冷量冷却外冷屏。而此次降温是采用3台透平膨胀机(透平A、B和C),透平B和C与节流阀获得LHe去冷却PF和TF磁体、5&8对电流引线和busline到相应的温度。透平A还是用于制取80K的冷量冷却外冷屏。此次整个降温过程大概用了20天,比以前多耗时25%;文中给出了透平的启动过程、磁体冷却过程和一些操作经验。     

超临界氦循环泵在EAST中的应用研究

EAST超导托卡马克装置的极向场和纵场线圈的超导磁体均采用迫流冷却的CICC(Cable in Conduit Conduc- tor)导体,极向场线圈的冷却介质直接由制冷机节流路来提供,而纵场线圈和线圈盒由氦循环泵来提供。文中概述了氦循环泵在超导装置中的使用情况,分析了超导磁体的迫流冷却特性以及EAST超导磁体的迫流冷却回路,揭示了氦循环泵的应用优点。比较两种冷却方式,得出热效率比较图,证明了氦循环泵的有效性,为氦循环泵的使用范围及选型提供了理论依据。     

EAST PF8线圈氦管结构分析和疲劳试验

 为解决EAST PF8线圈氦管在与导体连接的焊缝位置出现的泄漏问题，分析了该氦管的载荷及边界条件，给出了4种载荷组合工况。建立PF8氦管的有限元模型，对4种工况进行了静力学分析。计算结果表明，热载荷和螺管固定支撑板G11变形是焊缝失效的主要原因。在4.5K下对PF8氦管样件进行了疲劳试验，结果表明氦管疲劳寿命超过2×10⁵次，满足使用要求。对PF8氦管进行了修复，使氦管与螺管固定支撑板G11板脱开，避免了额外载荷的作用，满足EAST使用要求。     

Proportional fair scheduling using water-filling technique for SC-FDMA based D2D communication

The resource allocation in SC-FDMA is constrained by the condition that multiple subchannels should be allocated to a single user only if they are adjacent. Therefore, the scheduling scheme of a D2D-cellular system that uses SC-FDMA must also conform to the so-called adjacency constraint. This paper proposes a heuristic algorithm with low computational complexity that applies proportional fair (PF) scheduling in the D2D-cellular system. The proposed algorithm consists of two main phases: (i) subchannel allocation and (ii) adjustment of data rates, which are executed for both CUEs and DUEs. In the subchannel allocation phase for CUEs (or D2D pairs), the users’ data rates are maximized via optimal power allocation to frequency-contiguous subchannels. In the second phase, a PF scheduling problem is solved to decide the modulation and coding scheme (MCS) of both CUEs and D2D pairs. Both phases of the proposed algorithm benefit from the Water-Filling (WF) technique. The simulation results suggest that the proposed scheme performs similar to optimal PF scheduling from the perspective of users’ data rate and their logarithmic sum. An additional benefit of the proposed scheme is its low computational overhead.     

Direct observation of Cu interphase precipitation in continuous cooling transformation by atom probe tomography

Atom probe tomography (APT) combined with electron back scatter diffraction and transmission electronic microscopy (TEM) is utilized to characterize the nature of copper precipitation during austenite–ferrite transformation in a continuous cooling high-strength low-alloy steel. The copper precipitation manners in association with the austenite decomposition kinetics are studied. The prevailing microstructure of the continuous cooling steel consists of acicular ferrite (AF), which is formed at an intermediate cooling rate of 10?°C/s. Besides, a limited volume of polygonal ferrite (PF) because of fast cooling rate and a trace of retained austenite are detected. Numerous copper-rich phase is found by TEM observation both in highly dislocated AF and dislocation-free PF. Generally, the copper-rich precipitates have comparatively large sizes and are considered to be formed by interphase precipitation during austenite–ferrite transformation. A high number density of nanometre sized copper-rich clusters that are lack of diffraction contrast in conventional TEM observation are detected by APT. These smaller copper-rich clusters, which are usually located between the linear-arranged copper-rich precipitates, are considered to be formed from supersaturated solid solution after the cessation of austenite–ferrite transformation. That means an ageing reaction for Cu precipitation occurs during continuous cooling transformation. The copper-rich precipitates and clusters are both rich in nickel, manganese and iron.     

Infrared spectra of carbon monoxide on evaporated nickel films: A low temperature thermal detection technique

A novel thermal detection scheme has been developed and combined with the techniques of rapid scan Fourier transform infrared spectroscopy to make sensitive, high resolution measurements of the vibrational spectrum of carbon monoxide molecules on evaporated nickel films. Adsorbed molecules are detected by attaching a germanium resistance thermometer to the sample, cooling the assembly to liquid helium temperatures, and measuring the temperature changes which occur when infrared radiation is absorbed. Spectra are presented for a range of CO coverages on an evaporated nickel film and a film damaged by ion bombardment. The positions, shapes, and intensities of the spectral lines from linear and bridge bonded CO molecules give information about the surface structure of the metal films and about the different ordered phases of the adsorbed molecules.     

超导同步调相机低温系统设计与试验研究

超导同步调相机是一种用于电力系统的新型动态无功补偿设备, 具有高效、 快速响应等优点. 本文描述了10 Mvar 高温超导同步调相机的总体结构, 励磁绕组采用 YBCO 高温超导带材绕制而成, 通过循环的20 K 冷氦气进行冷却. 低温系统主要包含3 台制冷机、1 台氦气泵、 冷头换热器及其他辅助设备, 通过旋转密封装置与电机转子部分进行连接. 本文重点介绍了低温系统的设计方法, 包括转子、 绝热力矩管和电流引线等关键部位漏热和氦气管路流阻的计算方法, 并通过多次降温试验进行实验验证. 通过对带负载试验结果分析得出: 存在最优的氦气压力和氦气泵转速运行参数, 使得电机转子部分获的最佳冷却效果. 通过与300 kvar 高温超导同步调相机的耦合测试发现, 所研制的低温系统可将转子系统冷却至22.4 K, 满足调相机应用中对低温环境的要求.     

HTS电流引线助推超导磁体应用开发

对磁体致冷是维持超导态必不可少的条件,由于深低温技术的复杂性和昂贵的造价曾制约了超导磁体应用的推广,其中电流引线是磁体系统最主要热负荷。经历高温超导(HTS)材料20多年的研发,人们认识到产生强磁场的超导磁体仍需运行在30K以下。热导率与不锈钢可比的HTS材料在80K以下可承载电流而无焦耳热,采用HTS电流引线可使超导磁体的致冷运行费和设备投资大幅度降低,操作简便。因此,它是超导磁体扩大应用的助推器。介绍其使用特点和应用举例。