HL-2M装置低温冷凝泵在抽气工况下的热负荷分析

采用理论计算和有限元实体模型的方法,对HL-2M装置低温冷凝泵及与其相连接的真空穿透结构进行了温度分布和液氦管热负荷分析。结果显示,低温冷凝泵中液氦管的热稳态热负荷为5.45W,粒子沉积的热负荷为75.68W,真空穿透部分的热负荷为5.04W。所得结果为后续的热应力分析、低温泵流速控制和低温系统的设计提供了参考。     

HL-2M装置低温冷凝泵在抽气工况下的热负荷分析

采用理论计算和有限元实体模型的方法,对HL-2M装置低温冷凝泵及与其相连接的真空穿透结构进行了温度分布和液氦管热负荷分析。结果显示,低温冷凝泵中液氦管的热稳态热负荷为5.45W,粒子沉积的热负荷为75.68W,真空穿透部分的热负荷为5.04W。所得结果为后续的热应力分析、低温泵流速控制和低温系统的设计提供了参考。     

EAST-NBI主低温冷凝泵防辐射挡板的传输几率计算

采用低温冷凝泵来实现束生成与传输所需的真空环境是兆瓦级中性束注入器研制中的合理选择。低温冷凝泵由防辐射挡板和低温冷凝板两部分组成。防辐射挡板的传输几率是影响主低温冷凝泵性能的重要参数。通过蒙特卡洛法模拟气体分子运动过程,分析计算了主低温冷凝泵防辐射挡板的传输几率,以及主低温冷凝泵的抽速,为防辐射挡板的优化设计提供了理论指导。     

EAST-NBI用差分式低温冷凝泵的热力学分析

差分式低温冷凝泵结构和选材的合理性,对EAST-NBI的性能至关重要。文中主要运用ANSYS对低温冷凝板和人字形辐射挡板进行热力学分析,进一步验证了该差分式低温冷凝泵的设计是合理的。运用中性束注入综合测试台对所设计的差分式低温冷凝泵性能进行测试,结果表明完全满足EAST-NBI对低温真空的要求。     

中性束注入器低温真空系统运行参数调节研究

采用大抽速低温泵作为中性束注入器(Neutral Beam Injector,NBI)真空系统的主抽泵已成为当前NBI发展的趋势,为确保NBI低温真空系统的真空性能满足运行要求,需研究其运行参数调节的依据与措施.根据全超导托卡马克核聚变实验装置(Experimental Advanced Superconducting Tokamak,EAST)的NBI对真空性能的要求,确定了液氮、液氦管路出口合适的运行温度和压强范围.分析液氮和液氦管路出口压强改变的原因,设计出维持该运行条件而必须采取的调节措施,得出了压强改变原因判断及解决流程图,并利用该流程图进行了实验验证.结果 表明,对液氮管道出口压强和温度改变的原因分析正确,设计相应的解决流程合理可行.     

EAST装置内置低温冷凝泵低温分配阀箱的研制

在全超导磁约束核聚变试验装置EAST中,为了防止杂质从偏虑器靶板附近进入等离子体核心,为EAST长脉冲放电试验提供持续的排灰能力以及装置长冲放电等,低温冷凝泵是必不可少的部件之一,在装置真空室上下安装了内置低温凝泵以提高装置运行参数,为满足低温泵的低温条件,增加一低温分配阀箱给内置低温冷凝泵提供低温条件。文中介绍应用于EAST装置系统中的内置低温冷凝泵分配阀箱研制的技术要求、冷却流程、结构特征。     

用于超导电抗器的玻璃钢杜瓦概念设计与分析

玻璃钢杜瓦是超导电抗器中的关键部件,为高温超导线圈提供所需的低温工作环境。分析了玻璃钢杜瓦对于超导电抗器的必要性;进行了玻璃钢杜瓦的概念设计,并对玻璃钢杜瓦进行了力学分析及传热分析,结果表明玻璃钢杜瓦的强度和静态低温热负荷满足设计要求。     

冷凝泵型稀释制冷机实验研究

极低温(<1 K)环境对于凝聚态物理、天文观测和量子计算等前沿领域具有重要意义,其中稀释制冷是应用最广泛的极低温制冷技术.针对小冷量应用的冷凝泵型稀释制冷机利用冷凝泵实现³He的低温循环,无需复杂的机械泵组和连接气路,具有结构紧凑、操作便利、成本低等优势,从而成为新的研究热点.本文围绕冷凝泵型稀释制冷机,介绍了其制冷原理和系统架构,设计并搭建了预冷系统、稀释低温系统和测量系统,并对整机进行了实验研究.辅助多测温点测量系统,通过多次实验总结了稀释低温循环过程,由吸附制冷机预冷、稀释循环启动和稀释制冷三个阶段组成,并且分析了系统启动和运行特性.经过测试,实验最低温度可达108 mK.该制冷机可以很方便地拓展低温平台的制冷温区,为凝聚态物理、材料、医学研究等前沿领域提供重要支撑.     

EAST中性束注入角度的NUBEAM模拟研究

采用蒙特卡罗程序NUBEAM对EAST NBI上的中性束注入角度(中性束系统中心线与注入窗口轴线的夹角)进行了分析。讨论了中性束注入角度对电流驱动效率、加热效率和束的穿透功率的影响,对EAST NBI系统选取了一个最优的注入角度。模拟结果表明：对EAST NBI系统,在典型的EAST实验参数和实际工程允许的范围内,19.5°是最优的注入角度。在此注入角度下,可以通过增大等离子体密度的方法来进一步提高加热效率和电流驱动效率,并减少束的穿透功率。     

空间站主动热控系统回路的热负荷分配优化

空间站主动热控系统回路包括低温回路、中温回路和外回路。以减轻系统总质量为优化目标,本文基于系统质量模型和能量平衡关系式,分别针对体装式辐射器和展开式辐射器的设计,对冷板热负荷在低温回路和中温回路的分配比例进行了优化分析。结果表明,存在一个最佳热负荷分配系数值,使系统在总换热量一定时总质量达到最小;同时给出了对应的各回路工作温度与分配系数之间的关系。辐射器在系统总质量中占了绝大部分,因此在优化时应尽可能减少辐射器面积。此外,不同的冷凝空气热负荷下对应的最佳冷板热负荷分配系数值也不同。     

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利用红外相机对HL-2A装置外偏滤器靶板的表面温度进行了测量,得到了具有一定时空分辨的红外热图。用一维热传导模型对热点处的温升进行数据处理,得到了轰击点上的热负荷演变曲线。分别对辐射偏滤器、ECRH加热、中性束注入、破裂四种放电情况下的热负荷曲线进行了分析,并就辐射偏滤器和破裂两种放电的热负荷与靶板探针测得的结果进行了比较。     

Heat Flux on EAST Divertor Plate in H-mode with LHCD/LHCD+NBI

Based on the surface temperature measured by the infrared camera on the experimental advanced superconducting tokamak(EAST), the heat fluxes on the lower outer divertor target plate during H-mode with the lower-hybrid wave current drive(LHCD) only and with the LHCD combined with the neutral beam injection(NBI) are calculated by the DFLUX code and compared. The analyzed discharges are lower single null divertor configuration discharges. In the case with the LHCD only(I_p~400 kA, P_(LHCD)~2 MW), ELM-free appears after L-H transition with the peak heat flux on the lower outer target plate less than 1 MW/m2. However, there is no ELMfree appearing after the L-H transition in the case with the LHCD+NBI(I_P~300 kA, P_(LHCD)+P_(NBI)~2 MW).The results show that the peak heat fluxes on the lower outer target plate in the LHCD+NBI H-mode cases are larger than those in the LHCD H-mode under the similar auxiliary heating power. This is because the heat flux profiles of the lower outer target plate as a function of plate location in ELMing with the LHCD+NBI are narrower than those with the LHCD only. The results are consistent with the results in terms of the scrape-off layer width observed in the EAST.     

基于MC的差分式低温泵人字形挡板结构分析

差分式低温冷凝泵主要用来维持EAST-NBI内的真空环境,以满足中性束生成与传输过程对真空压力分布的要求。人字形辐射挡板吸收高温壁面的辐射热,冷却到达低温冷凝板的气体。传输几率是影响人字形辐射挡板的一个重要的参数。为了寻求最佳的人字形辐射挡板的结构参数,文中主要利用蒙特卡罗方法,模拟气体分子的运动过程,计算不同参数下人字形辐射挡板的传输几率。根据中性束注入装置的尺寸要求,确定了人字形辐射挡板的具体尺寸。这为进一步优化人字形辐射挡板提供了理论基础。     

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The structure principle, circuit model and application of the super capacitor were introduced in tokamak experiment. The arc discharge power supply characteristics of high power ion source and the circuit topology of 1MW NBI arc supply for HL-2A tokomak are comprehensively analyzed. An arc discharge power supply circuit for 5MW NBI ion source has been developed by application of super capacitors, which can reduce the load of electric network and has smaller size, higher efficiency, simpler control and quicker response speed. A scheme for 5MW NBI ion source filament power supply using super capacitors supply and constant voltage control has been put forward, and the feasibility and technical advantages of the scheme have also been given. To equalize the voltages of individual super capacitor in energy storage by a numerous super capacitors in series and in parallel, this paper put forward a reliable and efficient voltage balancing circuit.     

超级电容在中性束弧放电电源中的应用研究

介绍了超级电容的结构原理与电路模型,以及超级电容在托卡马克装置实验中的应用。综合分析了大功率离子源弧放电电源的供电特性以及HL-2A 装置1MW 中性束注入系统的弧电源供电电路拓扑。提出了一种基于超级电容储能的5MW 中性束注入离子源弧放电电源供电方案,它能减小所需的电网容量,具有更小的体积和更高的效率、控制简单、响应速度快等特点。提出了采用恒压控制方式的基于超级电容供电的5MW 中性束注入离子源灯丝电源方案,分析了该方案的可行性和技术优势。为均衡用许多超级电容串并联组合储能时单体超级电容的电压,提出了一种可靠、高效的电压均衡电路。     

EAST中性束注入控制系统设计

中性束注入(NBI)是磁约束核聚变装置等离子体加热和电流驱动的重要手段。依据东方超环(EAST)NBI实验运行特点,设计了基于网络通讯的集散式控制系统。NBI控制系统采用计算机网络技术,按照控制层次分为远程监控层、服务器控制层和现场控制层,三层控制结构易于系统功能扩展与设备升级。一条束线的两个离子源可以独立运行控制,这为EAST第二条束线控制扩展奠定基础。实验表明,NBI控制系统具备了远程监控、连锁保护和数据处理功能,满足了NBI实验运行的自动化和可视化的需求。     

基于集员估计的混沌通信窄带干扰抑制技术

基于混沌载波的有界性和最优定界椭球(OBE)准则,推导出了已知干扰信号模型参数的状态估计和未知干扰信号模型参数的自适应状态估计的干扰对消算法.与基于最小相空间体积(MPSV)的Kalman滤波和传统的递归最小二乘(RLS)算法相比,本算法具有选择更新特性,能在仅有少量数据参与更新的情况下达到与前者接近的性能,降低了计算量.该方法的性能通过在混沌参数调制(CPM)和差分混沌相移键控(DCSK)两种通信方式下对自回归(AR)型和单音两种窄带干扰的有效抑制得到了验证. 关键词： 最优定界椭球 混沌通信 干扰抑制 集员估计     

Concept of Plasma Heating and Current Drive Neutral Beam System for Fusion Neutron Source DEMO-FNS

Steady-state operation of a fusion neutron source (FNS) requires plasma heating and current drive by means of additional power delivered by neutral beams. Six neutral beam injectors (NBI) will provide the DEMO-FNS machine with additional heating power up to 30 MW, with neutral particle energy of 500 keV. NBI systems developed for ITER can serve as the prototype for DEMO-FNS, as both systems have similar ion source current, with accelerated beam power in ITER NBI (1MeV) being twice as large as in DEMOFNS. The paper describes the NBI system with account of its integration into DEMO-FNS tokamak complex.     

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中性束注入是等离子体加热和电流驱动的重要方式之一,对EAST中性束注入的精确模拟对未来物理实验至关重要.采用ONETWO和NUBEAM程序模拟4MW、80keV中性束同向注入,不同的等离子体密度剖面导致不同的电子和离子加热、穿透功率损失、束驱动电流以及中子发射等.等离子体密度在以上的物理参数的演化中起着重要的作用.对EAST两种密度方案下中性束注入的效果进行了分析和讨论,并对未来中性束实验提供了一些预言性的建议和方案.     

Sphaleron glueballs in NBI theory with symmetrized trace

We derive a closed expression for the SU(2) Born–Infeld action with the symmetrized trace for static spherically symmetric purely magnetic configurations. The lagrangian is obtained in terms of elementary functions. Using it, we investigate glueball solutions to the flat space NBI theory and their self-gravitating counterparts. Such solutions, found previously in the NBI model with the “square root–ordinary trace” lagrangian, are shown to persist in the theory with the symmetrized trace lagrangian as well. Although the symmetrized trace NBI equations differ substantially from those of the theory with the ordinary trace, a qualitative picture of glueballs remains essentially the same. Gravity further reduces the difference between solutions in these two models, and, for sufficiently large values of the effective gravitational coupling, solutions tends to the same limiting form. The black holes in the NBI theory with the symmetrized trace are also discussed.