流动液态锂回路的设计与初步实验研究

对流动的液态锂限制器回路平台的热力学及流动性进行了分析。通过ANSYS分析发现,限制器工作在350℃的温度下,通过真空室壁内侧添加的热屏蔽层及氦冷的应用,可以有效地控制真空室壁的温度在180℃以下。对注锂管法兰的温度分析发现,通过流速2.5m•s^-1的水冷设计,能够控制法兰刀口位置的温度在60℃左右。根据液态锂2m³.h^-1的流量设计要求,分别估算了液态锂回路中沿程阻力损失及局部阻力损失,综合回路中的锂流动盘与电磁泵之间的高度压差,计算出液态锂驱动所需的电磁泵压头为14.2m。根据流动液态锂实验回路的热力学及流动性分析,设计完成了液态锂回路并开展了流动液态锂实验。实验结果表明,系统温度控制合适,没有出现真空室或注锂法兰过热引起的泄漏。同时电磁泵能够克服阀门及管道的阻力等顺利的驱动液态锂流动形成闭合的循环回路。     

液态锂限制器的铺展性测试平台设计及初步实验

为研究液态锂在电磁驱动限制器表面的铺展特性,设计了与EAST限制器接口相同的限制器测试平台。该平台运行时真空环境可达10^-4Pa,对被测限制器可加热至350℃。在限制器锂回路管道上,利用外部2T水平磁场以及竖直方向施加的最大为200A的直流电流,形成电磁驱动力驱动下的锂液循环回路。测试平台设有顶部和正面两个观察窗,能够在可视化条件下,完成液态锂限制器的铺展性测试实验。基于该测试平台,对首次设计的双通路液态锂限制器,研究了不同实验温度和驱动电流下液态锂在限制器表面的流动铺展情况。结果发现,锂的流量和限制器表面结构是影响锂液铺展的主要因素。     

液态锂综合实验平台中液态锂流面与氩等离子体相互作用

介绍了由锂回路、直线等离子体装置及液态锂净化系统等组成的液态锂综合实验回路平台。研究了液态锂与高密度等离子体相互作用、液态锂与结构材料相容性、液态锂净化和液态锂回路热工水力学参数测量等问题。实验结果表明,流动液态锂的蒸发速率与放电电流、氩气流量及磁场强度呈正相关关系。由流动液态锂产生的锂蒸气在轴向分布不具规律性,在径向分布呈高斯分布。流动液态锂的蒸发速率随着实验时间的增长逐渐升高,并趋于稳定。磁场抑制了液态锂的流动性。在磁场和等离子体长时间的作用下,流动液态锂表面生成一层很薄的氧化锂。     

液态锂综合实验平台中液态锂流面与氩等离子体相互作用

介绍了由锂回路、直线等离子体装置及液态锂净化系统等组成的液态锂综合实验回路平台。研究了液态锂与高密度等离子体相互作用、液态锂与结构材料相容性、液态锂净化和液态锂回路热工水力学参数测量等问题。实验结果表明,流动液态锂的蒸发速率与放电电流、氩气流量及磁场强度呈正相关关系。由流动液态锂产生的锂蒸气在轴向分布不具规律性,在径向分布呈高斯分布。流动液态锂的蒸发速率随着实验时间的增长逐渐升高,并趋于稳定。磁场抑制了液态锂的流动性。在磁场和等离子体长时间的作用下,流动液态锂表面生成一层很薄的氧化锂。     

EAST液态锂限制器分配盒参数对锂流动性影响

为考察溢流孔结构几何参数及壁面电导率对液态锂流动的影响,通过数值模拟方法对不同尺寸、形状及壁面电导率的溢流孔中液态锂的流动进行了数值模拟。结果表明：溢流孔的截面宽度越小,其出口的速度分布越均匀,速度峰值也越小,但溢流孔进出口之间的压力降会显著增加;且随着壁面电导率增大,MHD压降也随之增大。对于圆形及椭圆形截面的溢流孔,其出口的速度分布远比矩形溢流孔均匀。另外,关于限制器热平衡的计算有助于保证限制器的安全稳定运行。结果对分配盒几何参数的设计、电磁泵及冷却系统的设计具有重要的指导意义。     

HT-7装置液态锂限制器实验中锂的腐蚀与沉积特性的研究

在磁约束聚变等离子体装置中, 面对等离子体的第一壁将直接影响高温等离子体性能及第一壁寿命, 具有表面自我修复的、能有效抑制边界粒子再循环的液态金属锂第一壁越来越被重视, 其中液态锂第一壁与等离子体相互作用的研究尤其重要. 本文研究了HT-7装置液态锂限制器实验中锂的表面腐蚀及在装置内沉积特性、及其对等离子体性能影响. 实验表明, 当锂与等离子体相互作用较弱时, 锂以微弱的蒸发及溅射形式从表面腐蚀并进入等离子体, 表现为锂的线辐射有所增强, 等离子体内杂质水平降低, 氢再循环降低, 有利于等离子体约束性能提高; 当锂与等离子体间的相互作用比较强时, 锂主要以锂滴形式直接进入等离子体, 引起锂的辐射爆发, 最终引发等离子体放电破裂. 通过对锂斑及样品的分析发现, 锂主要沉积在限制器周围, 并且在低场侧及沿着等离子体电流方向沉积居多, 表现为极向和环向分布不均匀, 这也导致边界粒子再循环分布的不均匀. 这些实验为研究液态锂第一壁与等离子体相互作用, 分析液态锂第一壁在托卡马克装置上应用具有重要参考意义.     

液态锂回路的研究及实验

在对国内外液态锂回路研究综述的基础上,重点介绍了四川大学流动液态锂回路的研究进展。为开展等离子体与流动自由液态锂表面相互作用的研究而设计了该回路,其目标是：(1) 获得稳定、均匀的流动自由液态锂表面;(2) 研究等离子体辐照下液态锂的蒸发、溅射以及氢、氢同位素和氦在液态锂中的滞留行为;(3) 研究等离子体辐照下液态锂与结构材料的相容性。系统包括液态锂循环部分和直线高密度等离子体发生装置。     

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在对国内外液态锂回路研究综述的基础上,重点介绍了四川大学流动液态锂回路的研究进展。为开展等离子体与流动自由液态锂表面相互作用的研究而设计了该回路,其目标是：(1)获得稳定、均匀的流动自由液态锂表面;(2)研究等离子体辐照下液态锂的蒸发、溅射以及氢、氢同位素和氦在液态锂中的滞留行为;(3)研究等离子体辐照下液态锂与结构材料的相容性。系统包括液态锂循环部分和直线高密度等离子体发生装置。     

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应用商业软件ANSYS CFX计算了等离子体热通量和液态锂流速对自由流动液态锂温度分布的影响。计算结果表明,导向槽中心附近液态锂温度较高,冷却水入口和出口对应位置液态锂温度最低。液态锂出口温度随着等离子体热通量的增大而线性升高,冷却水流速为1.5m·s-1,热通量分别为0.1MW·m-2和1MW·m-2时,液态锂在出口处对应的温度分别为255.3°C和458.6°C。增大液态锂流速,导向槽内液态锂的温度逐渐降低,但温度变化的幅度较小。计算结果对液态锂回路安全稳定运行提供了一定参考。     

氩气驱动液态锂回路的总体设计及初步运行结果

为了研究等离子体与自由液态锂表面相互作用的物理过程,建立了用氩气驱动的液态锂回路装置。介绍了建立的液态锂回路装置的组成部分、技术参数及运行原理。此回路主要由主回路、等离子体与液态锂相互作用试验段和单阴极高密度等离子体发生装置三部分组成。目前,此回路已取得一些初步的模拟结果和实验结果。     

Study of eddy current power loss in an RCS vacuum chamber

In a Rapid Cycling Synchrotron (RCS), power loss due to an eddy current on the metal vacuum chamber would cause heating of the vacuum chamber. It is important to study the effect for estimating eddy current induced power loss and temperature growth. Analytical formulas for eddy current power loss for various types of vacuum chambers are derived for dipole and quadrupole repectively. By using the prototype of dipole of CSNS/RCS, an experiment was done to test the analytical formula. The derived formulas were applied to calculating the eddy current power loss on some special structures of an RCS vacuum chamber.     

Mode locking in reversed-field pinch experiments

The MHD mode trajectory in the Madison Symmetric Torus reversed-field pinch has been found to obey the sine-Gordon equation. Corresponding to experiment, a perturbation analysis predicts the locations of mode locking to be at the vacuum chamber poloidal and/or toroidal gaps. The mode's energy dissipates when it locks, as shown by a decaying spiral phase-plane trajectory. Unlocked modes travel around the torus without an abrupt energy loss. By varying key machine parameters obtained by statistical analysis, the probability of locking in accordance with the experimental results can be predicted.     

Multi‐use high/low‐temperature and pressure compatible portable chamber for in situ grazing‐incidence X‐ray scattering studies

The multipurpose portable ultra‐high‐vacuum‐compatible chamber described in detail in this article has been designed to carry out grazing‐incidence X‐ray scattering techniques on the BM25‐SpLine CRG beamline at the ESRF. The chamber has a cylindrical form, built on a 360° beryllium double‐ended conflate flange (CF) nipple. The main advantage of this chamber design is the wide sample temperature range, which may be varied between 60 and 1000 K. Other advantages of using a cylinder are that the wall thickness is reduced to a minimum value, keeping maximal solid angle accessibility and keeping wall absorption of the incoming X‐ray beam constant. The heat exchanger is a customized compact liquid‐nitrogen (LN2) continuous‐flow cryostat. LN2 is transferred from a storage Dewar through a vacuum‐isolated transfer line to the heat exchanger. The sample is mounted on a molybdenum support on the heat exchanger, which is equipped with a BORALECTRIC heater element. The chamber versatility extends to the operating pressure, ranging from ultra‐high vacuum (<10^?10 mbar) to high pressure (up to 3 × 10³ mbar). In addition, it is equipped with several CF ports to allocate auxiliary components such as capillary gas‐inlet, viewports, leak valves, ion gun, turbo pump, etc., responding to a large variety of experiment requirements. A movable slits set‐up has been foreseen to reduce the background and diffuse scattering produced at the beryllium wall. Diffraction data can be recorded either with a point detector or with a bi‐dimensional CCD detector, or both detectors simultaneously. The system has been designed to carry out a multitude of experiments in a large variety of environments. The system feasibility is demonstrated by showing temperature‐dependence grazing‐incidence X‐ray diffraction and conductivity measurements on a 20 nm‐thick La_0.7Ca_0.3MnO₃ thin film grown on a SrTiO₃(001) substrate.     

A cryogenic scanning force microscope for the characterization of frozen biological samples

We present the design of a new scanning force microscope specially suited for the investigation of soft matter, particularly biological, in an ultrahigh vacuum. The key point is that the samples are immobilized by shock freezing in order to maintain their native structure before they are introduced into the vacuum system. The vacuum system itself consists of a transfer chamber, which allows an exchange of the cold sample with cryo-electron microscopes, a preparation chamber including a stage for in-situ freeze drying, freeze etching, or freeze fracturing, and the analysis chamber with the microscope. Sample cooling is maintained in all chambers. The microscope is mounted on a commercially available vibration isolation system; a flow cryostat cools the sample to the temperature of liquid nitrogen, while the tip is scanned. Besides measurements on test samples, which demonstrate the imaging capabilities of the instrument, first results on T4-bacteriophages (viruses) are shown. Received: 2 September 2002 / Accepted: 2 September 2002 / Published online: 5 March 2003 RID="*" ID="*"Corresponding author. Fax: +49-40/42838-6188, E-mail: wiesendanger@physnet.uni-hamburg.de     

立式低温容器真空丧失热分层现象数值模拟研究

对立式低温容器在真空丧失条件下的内部热分层现象进行了分析,采用双流体模型结合CFD求解器计算了立式低温容器内的流动及传热过程,考察了侧壁及底部热通量对液体热分层现象的影响。结果表明:侧壁热通量较底部热通量更易使容器内部产生热分层;容器内部形成的环流及其成长是导致热分层及温度突跳的根本原因。     

一种新型FBG热式液体流量传感器

光纤布拉格光栅热式流量传感器目前只适用于气体流量,为扩大其应用领域,设计了一种可用于液体流量测量的新型光纤布拉格光栅热式流量传感器。该光纤布拉格光栅热式流量传感器使用陶瓷加热片以恒定功率提供热量,不同流量的液体经过传感器时带走的热量不同,通过检测光纤布拉格光栅中心波长的变化就可以测得传感器的温度变化,进而推导出液体流量大小。通过温度传感测试实验和流量传感测试实验,验证了所设计的传感器可用于液体流量测量。实验结果表明,该传感器的流量测量范围为40.575~550.664 L/h。     

大学物理实验中测量不确定度的分析研究

在大学物理实验中,测量不确定度是实验分析的一个重要内容.根据不确定度的分析过程,再结合具体的实验数据,分别对大学物理实验中弹性模量、液体表面张力系数和平凸透镜的曲率半径这3个具有代表性实验的不确定度进行了分析讨论.通过本文的分析,可以为大学物理实验教学和学生处理实验数据提供一个参考,同时能够锻炼学生处理实验数据的能力,也有助于培养学生的意志品质.     

液态锂在铜的微通道中的流动行为

本文采用分子动力学方法模拟了液态锂在铜的微通道内的流动行为. 通过构建铜(111), (100)和(110)晶面的微通道内壁, 研究了液态锂在流固界面上的微观结构以及在铜微通道中的流动速度分布情况, 并探讨了微通道尺寸对液态锂流动行为的影响. 研究结果表明铜微通道内的液态锂在靠近铜固体壁附近区域呈有序的层状结构分布, 并受铜内壁晶面微观结构的影响. 铜(111)和(100)面内壁附近的液态锂有序层分布结构更明显. 外驱力作用下的液态锂在微通道内的流动速度呈抛物线分布, 流固界面和流动方向对液态锂的流动速度都会产生影响. 液态锂在铜(111)面内壁上流动的速度最大, 且出现了速度滑移; 在铜(110)面内壁上流动速度最小. 通过对不同尺寸的微通道内液态锂流动行为的研究, 发现流动速度的大小随着微通道尺寸的增加而增大, 且最大速度与微通道尺寸呈二次函数关系, 与有关理论计算结果符合得很好.