HL-2A装置偏滤器物理分析及其实验的初步证实

采用偏滤器物理分析的“两点”模型,分别计算了HL-2A装置线性状态和高再循环状态的边缘等离子体参数,包括偏滤器靶板的等离子体温度、密度和入射功率,以及上游等离子体温度、密度和平行功率密度的衰减长度。用该模型对线性状态预计的靶板温度和密度与实验结果进行了比较,结果符合较好。     

EAST远红外激光干涉仪与密度爬升实验研究

利用EAST装置单道远红外HCN激光干涉仪测量了等离子体中心道(R=1.82m)线平均电子密度。通过充气加料连续提升主等离子体密度,首次在EAST装置上观察到偏滤器等离子体的三种不同状态：低再循环(偏滤器靶板处等离子体温度较高,密度较低),高再循环(偏滤器靶板处等离子体温度较低,密度较高)和脱靶(偏滤器靶板处等离子体温度和密度都很低)等离子体状态。分析了EAST偏滤器在这三种不同状态下的物理现象。     

用二维模型B2．5研究HL-2A装置单／双零偏滤器放电工作区间

边缘等离子体模拟发展的动力主要来自研究偏滤器所具有的大容量排灰、排热和控制大量杂质的三大功效。随着托卡马克加热功率和密度的增加，偏滤器一般要经过线性状态，高再循环状态以及脱栏状态。     

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利用EAST装置单道远红外HCN激光干涉仪测量了等离子体中心道(R=1.82m)线平均电子密度。通过充气加料连续提升主等离子体密度,首次在EAST装置上观察到偏滤器等离子体的三种不同状态：低再循环(偏滤器靶板处等离子体温度较高,密度较低),高再循环(偏滤器靶板处等离子体温度较低,密度较高)和脱靶(偏滤器靶板处等离子体温度和密度都很低)等离子体状态。分析了EAST偏滤器在这三种不同状态下的物理现象。     

HL-2A装置偏滤器的脱靶等离子体实验

在HL-2A装置偏滤器靶板上采用嵌入式静电三探针阵列和偏滤器室内的电动扫描四探针组测量了同一极向截面的内外中性化板上和偏滤器室内的电子温度、密度、悬浮电位、空间电位、电场、电子压强及其分布,研究了偏滤器中等离子体参数的分布及非对称性和脱靶等离子体运行模式下的等离子体行为,开展了偏滤器脱离靶板等离子体的实验研究。利用主真空室的快速往复扫描三台阶式六探针系统测量了主等离子体边缘和偏滤器室内的等离子体温度、密度、粒子通量和中性粒子密度等参数,研究了脱靶等离子体的形成过程、物理特性、控制方法,以及对主等离子体性能的影响。     

HL-2M装置常规偏滤器与雪花减偏滤器热工水力分析对比

采用SOLPS程序模拟预测HL-2M装置常规和雪花减偏滤器靶板上的热通量。当流入边缘等离子体区域的热功率约为10MW时,利用CFX/ANSYS软件分析这两类偏滤器各结构、冷却水温度分布及形变和热应力分布情况。结果表明:等离子体总功率相同,雪花减偏滤器靶板上的最高温度比常规偏滤器低169℃;雪花减偏滤器结构所承受的最大热应力和形变比常规偏滤器低约3/7。不改变热负载剖面分布,按一定比例提升热流密度或延长放电时间,雪花减偏滤器体现出比常规偏滤器靶板温升低、冷却水温均衡等优点。因此,雪花减偏滤器能处理更多流进偏滤器区域的热能,有效地降低偏滤器工程设计要求。     

HL-2A偏压偏滤器物理设计

根据已有的理论模型，推算出了HL-2A偏压偏滤器的理论电流为1．5kA、偏压电压为200V，并对HL-2A偏压偏滤器做出了初步设计。HL-2A装置采用偏压后，有可能降低L-H模转变阈功率，增加偏滤器等离子体密度、压强和滞留时间，改善约束，改善内外靶板功率沉积的非对称性，提高排灰效率及提高偏滤器性能。     

托卡马克删削层与偏滤器中等离子体输运的解析研究

研究了托卡马克删削层和部分偏滤器等离子体的输运问题.利用粒子数守恒和“两点模型”,计算了在有摩擦的情况下,删削层中等离子体的密度分布、温度分布和杂质辐射的功率损失 关键词： 偏滤器区域 删削层 等离子体输运     

HL-2A装置送气和加料的脱靶特性

HL-2A装置辐射偏滤器实验采用边缘补充送气和分子束加料等方法来提高主等离子体密度,降低边缘等离子体温度、增加辐射功率分额,获得脱靶等离子体。偏滤器室内进行主动补充送气或者注入惰性气体杂质,降低偏滤器等离子体温度,获得脱靶等离子体,并首次获得了超声分子束注入产生脱靶等离子体的实验结果。利用HL-2A装置偏滤器同一极向截面内外中性化板上安装的嵌入式探针阵列和偏滤器室安装的电动探针系统,测量了偏滤器靶板上和偏滤器室的等离子体参数及其分布,并进行了相关分析和改善约束以及偏滤器脱靶等离子体运行模式下等离子体行为的研究。     

偏滤器钨铜单体水冷模块热特性数值模拟研究

超导托卡马克偏滤器稳态热流密度在10 MW/m~2以上,是核聚变反应堆中的关键部件。目前钨铜水冷结构在超导托卡马克偏滤器中的应用最为广泛。这个结构中,无氧铜管与铬锆铜铜管交界面存在温度最高点。如果长期处在高温状态,该处结构将首先被烧坏,从而导致部件失效,影响反应堆的稳定性和安全性。因此,该点成为关键,研究它的温度变化规律,对超导托卡马克核聚变反应堆设计具有重要意义。本文利用F1uent的VOF多相流模型对偏滤器内部的水冷结构进行了模拟,选取圆管和方管水冷单元,研究不同管道尺寸和不同热流密度条件下关键点的温度变化和流道的阻力特性,获得了较优的冷却管结构,为超导托卡马克偏滤器的设计提供了指导。     

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用HL-2A装置下偏滤器靶板上的14组嵌入式静电三探针阵列和外偏滤器室的电动扫描四探针组,测量了同一环向截面的内外中性化板上的电子温度、密度、悬浮电位及其分布,以及电子回旋加热(ECRH)实验期间的等离子体行为。研究了偏滤器中等离子体参数的分布及非对称性以及等离子体的形成、物理特性和改善粒子的约束特性。     

EAST 钨偏滤器外靶板热工水力分析

为提高EAST 偏滤器的抗热载和排热能力,将偏滤器第一壁的材料由原来的石墨改为钨,在结构上,靶板采用了类ITER 的单块结构,支撑和冷却采用一体化的盒式结构。确定了EAST 钨偏滤器的冷却结构后,通过水管的流固耦合传热模型,分析了外靶板在紊流冷却方式下的散热情况。同时计算了在水冷系统失效的情况下,偏滤器外靶板的危险区域在3、5、8、10MW·m^-2 热流密度下的瞬态温度分布情况。结果表明,水流速度在4m·s^-1 时, 水管可以承受峰值功率10MW·m^-2 的热流密度,能够很好地满足EAST 装置运行的排热要求。     

HL-2A偏滤器位形的边缘等离子体特性

本实验利用主真空率和偏滤器靶板上的静电探针阵列直接测量边缘和偏滤器室的等离子体参数，即边缘温度Tea，密度nea，悬浮电位Фf，径向电场Er及其梯度dEr／dr，极向电场Ep，径向流速vr，极向流速vp.     

HL-2A偏滤器运行模式的探针测量

在HL-2A装置的偏滤器位形运行模式下,用偏滤器靶板上的平面型嵌入式静电探针阵列测量了同一环截面的内外和上下四个中性化板上的电子温度、密度、悬浮电位分布。偏滤器运行模式下的边缘电子温度高于孔栏运行模式下的边缘的电子温度。比较了内外靶板之间的温度不对称性。给出了由18个米尔诺夫线圈信号重建获得的磁分界面,并用强磁场快速电离规测量了偏滤器室的中性气体压强变化。测量结果表明,在偏滤器运行模式下,主真空室中边缘粒子再循环降低,杂质通量水平下降。     

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。     

聚变实验增殖堆FEB-E粒子抽除和抽气系统(英文)

ＦＥＢ－Ｅ的粒子抽除是通过偏滤器进行的。由４８ 个楔形气室模件环形组装而成的ＦＥＢ－Ｅ偏滤器，位于真空室的下部，与抽气系统和冷却系统相连。ＦＥＢ－Ｅ抽气系统有二个子系统：环粗抽系统和环高真空系统。环高真空系统是由一组处于真空室内１６ 个下部舱口内的低温泵和一组处于生物屏蔽层外的附加涡轮分子泵组成的。这些低温泵能提供的名义总抽速为５７６ｍ ３·ｓ－ １。在偏滤器高中性压力（＞ １Ｐａ）情况下，低温泵入口阀节流控制抽气粒子流。由于偏滤器抽气槽路以及偏滤器下侧通至真空室下部舱口的有限的通导能力，这些低温泵在偏滤器幽僻区域有效抽速为１６０ｍ ３·ｓ－ １。这意味着偏滤器幽僻区域的中性压力应在０．５－ １．０Ｐａ 范围内，以得到８０－ １６０Ｐａ·ｍ ３·ｓ－ １（在预期的偏滤器抽气槽路温度为４７３Ｋ时）范围内的抽气流量。低温泵每次在聚变实验增殖堆燃烧１０００ｓ 后受激运行     

辅助加热下HL-2A边界层等离子体数值模拟

以二维边界等离子体流体模拟代码B2.5为核心,编制适合于具有封闭偏滤器位形特征托卡马克的边界层网格划分代码和计算后处理代码.模拟分析HL-2A托卡马克有约3MW辅助加热功率时的边界等离子体特性.结果表明,偏滤器靶板前形成了致密低温等离子体,偏滤器运行于高再循环状态.     

钨偏滤器的单元结构设计以及相关实验研究

主要针对偏滤器的单元结构进行了设计,重点研究了靶板表面结构的尺寸以及偏滤器靶板和拱顶两种水冷结构的几何参数、流动参数等对偏滤器结构和性能的影响。在此基础上,确定偏滤器单元结构设计和优化的指导原则,并针对偏滤器靶板和拱顶的水冷结构进行了高热负荷的热工水力试验,对偏滤器冷却结构的换热性能进行试验评估。最后,对偏滤器单元在热载荷、电磁载荷和机械载荷共同作用下的结构应力和安全性进行分析。     

偏滤器靶板附近氦输运的蒙特卡洛模拟

本文用Monte Carlo方法模拟了偏滤器扁平抽气收集板附近区域的氦原子输运。考虑了氦原子被电子碰撞电离,氦原子与等离子体离子之间的弹性散射等原子过程以及离子的热运动和沿磁力线的流动。计算表明当偏滤器等离子体密度在7cm距离内从里向靶板逐渐增加约4.7倍,而温度分布保持不变时,氦灰返回靶板的几率比密度在7cm内向靶板递减4.7倍的通常正分布提高约45％。磁力线与靶板的交角、靶板的温度,边缘等离子体鞘层电位以及不同的靶材料对氦返回靶板几率的影响作了比较。得到的结果对托卡马克聚变裂变增殖堆孔栏和偏滤器工程设计有参考价值。     

FEB偏滤器等离子体温度及靶板运行温度的优化

本文以石墨偏滤器靶板材料为例，用喷气或杂质注入对偏滤器靶板前等离子体温度进行控制，要刻薄虎器等离子体的各种变标关系及石墨靶板被腐蚀的程度、优化了ＦＥＢ偏滤器靶板前等离子体温度和靶板运行温度。