基于JRTF的新型偏滤器电源控制系统

为了满足复杂实验条件下对等离子体控制的要求,设计和研发了实时框架JRTF的新型偏滤器电源的控制系统。JRTF框架是一个在J-TEXT装置上开发实时控制系统而实现的实时框架,结合了当前J-TEXT电源控制系统的经验,符合当前电源系统的控制特点,并且与现有中央控制系统兼容,同时支持更多的硬件,在软件和硬件标准上与ITER兼容。新偏滤器电源控制系统在用于J-TEXT的实际运行下表现了良好的控制性能,并具有不错的实时表现。     

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为了满足复杂实验条件下对等离子体控制的要求,设计和研发了实时框架JRTF的新型偏滤器电源的控制系统.JRTF框架是一个在J-TEXT装置上开发实时控制系统而实现的实时框架,结合了当前J-TEXT电源控制系统的经验,符合当前电源系统的控制特点,并且与现有中央控制系统兼容,同时支持更多的硬件,在软件和硬件标准上与ITER兼容.新偏滤器电源控制系统在用于J-TEXT的实际运行下表现了良好的控制性能,并具有不错的实时表现.     

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根据偏滤器线圈的供电需求和电源的运行特点,按照J-TEXT控制、数据访问和通信(CODAC)标准分别从硬件和软件两个方面进行了设计。目前,偏滤器电源控制系统已经布置完成并进行了测试。结果表明,系统满足偏滤器电源控制要求。该基于CODAC规范的偏滤器电源控制系统方案设计可以为ITER及未来聚变堆子系统控制方案提供参考。     

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基于QNX实时操作系统的IDE编译平台,设计开发了J-TEXT装置纵场电源的实时控制系统。该系统具有良好的实时性、可靠性和稳定性,成功控制纵场电源产生了92.5kA、平顶时间为1s的准梯形脉冲电流,在等离子体中心产生1.74T的磁场,满足了J-TEXT装置目前放电实验的需要。     

HL-2A装置改造方案磁流体平衡的数值模拟

对HL-2A装置的改造方案进行数值模拟,获得了放电初始阶段零场区域设计的最佳方案、等离子体限制器平衡位形、单零偏滤器平衡位形和双零偏滤器平衡位形以及从气体击穿到等离子体电流平顶的等离子体平衡位形的演化过程。计算结果表明,该装置设计方案能够满足装置预期的设计参数要求。     

基于EAST装置量热系统的 第一壁热负荷实验研究

通过测量EAST装置水冷系统的出入口冷却水的温差和流量，搭建了第一壁热负荷测量系统，实现了第一壁热负荷的分布测量。实验结果表明，在上单零偏滤器位形放电实验中，该系统测量的热负荷约占总注入能量的80%，其中，接近50%的热负荷沉积在上偏滤器区域。高的加热功率会使得第一壁热负荷更快上升。通过冷却水降温曲线拟合计算得出EAST装置上钨偏滤器水冷系统的热衰减时间约为下石墨偏滤器水冷系统的十分之一。     

HL-2A装置偏滤器改造及受力分析

随着聚变技术的不断发展，偏滤器功能从单纯的杂质控制向多元化方向发展。为了适应这种发展要求，近年来JET，JT-60U，ASDEX-U，DⅢ-D等主要托卡马克装置先后都对其偏滤器进行了工程改造，并开展物理实验。它们的偏滤器都具有“开放式”的结构，其结构相对简单，易获得具有较大的等离子体小半径和有较大的拉长比以及一定三角形变的等离子体位形。因此，在HL-2A装置改造的设计中也将采用开放式偏滤器方案。     

HL-2A装置改造方案中的磁流体平衡的数值模拟

针对HL-2A装置改造中的HL-2M方案进行的一种数值模拟，模拟放电初始阶段零场区域的设计、等离子体平衡位形的演化和稳态阶段的单零偏滤器平衡位形、结果表明，该装置设计方案能够满足装置设计要求。     

HL-2A装置偏滤器运行模式的探针测量

HL-2A装置是一个具有偏滤器位形的托卡马克装置，为我们开展先进偏滤器物理实验和改善主等离子体约束性能研究准备了良好的条件。等离子体的杂质含量由杂质源分布以及SOL和芯部等离子体中各种杂质输运过程确定。由于离子碰撞可导致狭窄的偏滤器入口部件处杂质溅射的增强，与起源于靶板处的杂质相比，偏滤器入口处的杂质更有效地污染芯部等离子体。     

HL-2A装置主机改造的初步方案

HL-2A装置自2003年首次实现等离子体单零偏滤器位形以来，运行参数逐步提高。目前获得了纵场2．7T，等离子体电流厶为410kA的结果，基本达到装置常规运行的指标。由于装置是封闭式偏滤器结构，不能形成拉长的等离子体截面，等离子体参数的进一步提高受到了限制。为了开展更深入的实验研究，装置的升级改造是非常必要的。     

HL-2M 装置初始等离子体放电磁场电源实时控制系统设计

为满足 HL-2M 装置初始等离子体放电参数的需求,根据磁场电源的主回路拓扑结构设计了一套实 时控制系统。系统硬件架构基于 NI PXI 与 CompactRIO 控制器,采用基于共享内存网络的千兆光纤网络传输数据, 并在本地将中控传输的控制数据处理为对应的触发脉冲,具备很强的实时性与准确性。经过首次等离子体放电实 验的验证,磁场电源实时控制系统可完全满足首次等离子体放电的需求。     

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在HL-2A单零偏滤器条件下,对由弱场侧沿赤道平面垂直注入的电子回旋寻常波(O-模)的波迹和波的功率沉积剖面进行了分析计算。对近磁轴共振情形,需要确定一个有效的物理尺度以正确获得波功率沉积。单一波束的有效吸收层的厚度可以合理地作为这一物理尺度,从而获得统一的功率沉积公式。对比研究了磁轴偏离赤道面和位于赤道面情况下的波功率沉积剖面。     

HL-2A单零偏滤器的位形特征

利用积分方法对多种电流剖面下HL2A装置单零偏滤器位形特征进行了计算研究。积分方法的优点是可以在任意电流剖面下求解具有X-点的自由边界的Grad-Shafranov方程。对HL2A装置而言,大体上可以在合理设定的分界面形状下,经几次叠代计算出各组极向场线圈(垂直场,三对多极场和多极补偿场以及水平场)中的电流。HL-2A的单零偏滤器位形基本上是圆截面加上在X-点附近的局部形变。对刮离区和偏滤器靶板区磁力线特性进行了分析以确定偏滤器的品质。     

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利用TSC程序对HL-2M装置的纯欧姆放电参数进行了首次数值放电模拟,证实了极向场线圈系统具有实现预设的宏观等离子体参数的能力。数值放电模拟还利用基本的位移控制和等离子体电流控制系统实现了从孔栏位形到下单零偏滤器位形的稳定演变。模拟提供的一些主要结果为工程和物理目标设计提供重要的参考。     

"Snowflake" H mode in a tokamak plasma

An edge-localized mode (ELM) H-mode regime, supported by electron cyclotron heating, has been successfully established in a "snowflake" (second-order null) divertor configuration for the first time in the TCV tokamak. This regime exhibits 2 to 3 times lower ELM frequency and 20%-30% increased normalized ELM energy (ΔWELM/Wp) compared to an identically shaped, conventional single-null diverted H mode. Enhanced stability of mid- to high-toroidal-mode-number ideal modes is consistent with the different snowflake ELM phenomenology. The capability of the snowflake to redistribute the edge power on the additional strike points has been confirmed experimentally.     

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介绍了J-TEXT装置上将用于辅助加热研究的一套100kV/60A高压电源。这套高压电源基于PSM技术设计,由144个开关电源模块构成。为了满足隔离、控制和保护的要求,采用PXI和FPGA技术设计了符合CODAC规范的PSM电源控制系统,并提出改进的PSM控制策略实现对高压电源的控制。为验证控制系统的性能,在由8个模块组成的高压电源模型样机上对控制系统进行了测试,测试结果表明,系统各项性能良好,可以满足100kV/60A高压电源的控制要求。     

J-TEXT 装置静态扰动场电源系统结构分析及实现

研制了一种基于电容储能的脉冲电源系统用于J-TEXT 装置扰动磁场线圈的运行,介绍了J-TEXT 装置静态扰动磁场线圈(SRMP),对静态扰动磁场电源系统进行了原理分析,并给出了电源的运行结果。实验运行效果表明,输出电流最大能达到8kA,最大电流上升率为200A.ms^-1,静态扰动场电源系可以稳定地工作,可以产生足够的扰动磁场并开展相关物理实验。