从大气压到超低气压范围的氦等离子体发射光谱的基本特性

采用三种实验装置(介质阻挡放电装置、空心阴极放电装置和彭宁放电装置)分别测量了不同压强范围内氦等离子体的发射光谱。通过对氦等离子体发射光谱的分析,已观察到一个共同的特点,就是在三种放电条件下产生的氦等离子体中31P1→21S0的谱线强度总是最强,可以推测亚稳态氦原子的含量相当显著,但不同的装置也有不同的特点,介质阻挡放电装置能够产生准辉光放电,谱线中氦原子的谱线强度很低,而空心阴极放电与彭宁放电装置能够产生稳定均匀的等离子体,且发射足够强的光辐射。我们已对所拍摄的光谱的谱线都进行了辨认,所有结果表明原子发射光谱分析法是研究不同条件下氦等离子体状态的一种十分有效的手段。     

10-2～105 Pa气压范围的氦等离子体光谱分析

采用三种实验装置(介质阻挡放电装置、空心阴极放电装置和彭宁放电装置)分别测量了不同压强范围内氦等离子体的发射光谱.通过对氦等离子体发射光谱的分析,已观察到一个共同的特点,就是在三种放电条件下产生的氦等离子体中31P1→21S0的谱线强度总是最强,可以推测亚稳态氦原子的含量相当显著,但不同的装置也有不同的特点,介质阻挡放电装置能够产生准辉光放电,谱线中氦原子的谱线强度很低,而空心阴极放电与彭宁放电装置能够产生稳定均匀的等离子体,且发射足够强的光辐射.我们已对所拍摄的光谱的谱线都进行了辨认,所有结果表明原子发射光谱分析法是研究不同条件下氦等离子体状态的一种十分有效的手段.     

EAST低温系统已研制氦透平膨胀机测试分析

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;4 台氦透平膨胀机又是EAST氦低温系统的核心部件.文中主要对已研制出的1台氦透平膨胀机的结构、调试过程与调试结果等进行一些分析,还给出了氦透平的启动过程...     

第一壁泄漏杂质的分布计算

以数值计算法计算了第一壁冷却剂泄漏氦杂质在等离子体中的分布,氦分布的峰值在SOL(Scrape-ofLayer)区。当要求等离子体中心的氦浓度小于5%时,允许的最大泄漏率N_max约为0.35×10^-3Mol/s,允许的最大裂纹尺寸长约为3.1mm,宽约为0.63mm。影响杂质分布和浓度的主要因素有壁温、等离子体边缘温度、密度和SOL区的温度密度长度。壁温越低、等离子体边缘温度越低、密度越高、温度和密度长度越大,则中心杂质浓度越小,且杂质分布峰值越接近第一壁。     

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。     

基于修正克劳特循环的氦液化装置研制

为满足稳态强磁场实验装置(SHMFF)日益增长的液氦供应需求,研制一台基于两级串联透平膨胀机修正克劳特(Claude)循环且带有液氮预冷的氦液化装置。完成了氦液化流程设计及冷箱系统集成,并对降温液化过程进行测试与分析。结果表明,两级透平膨胀机能够稳定运行于额定转速,氦液化装置在降温15 h时进入液化阶段,在产液4.5 h后能达到100 L/h的液化速率,满足设计要求。     

氦透平膨胀机充气式迷宫密封性能的仿真研究

探究充气式迷宫密封的密封气进气压力与泄漏量的关系,通过数值模拟对氦透平膨胀机的密封结构进行仿真计算,研究在250～700 kPa范围内密封气进气压力变化对密封泄漏量的影响。结果表明：在不接通密封气时,密封泄漏量与压比呈现出线性关系;受密封气对密封气进气口稳压槽内射流抑制作用的影响,泄漏量与密封气进气压力呈现负相关关系;受转子旋转对流体做功的影响,泄漏量为零时的密封气压力高于进口压力。     

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采用另加偏压的单阴极弧氦放电直线等离子体装置对氦等离子体的基本特性进行了研究.对氦轴向输运规律做了描述并与光谱测量数据做了定性地比较.实验结果表明,氦等离子体的电子温度与电子密度均随放电电流、约束磁场的增加而增加.氦原子与氦离子的辐射光谱随放电电流、偏压、磁场的变化规律进行了测量分析,同时氦离子对钨靶积分辐照效应进行了观察.这些结果不但提供了氦等离子体的基本特性,对于研究氦离子与面向等离子材料相互作用导致产生气泡、肿胀、脆化损伤等的评估,特别是对将来伴有(n,α)反应时具有一定的参考价值.     

超流氦多孔塞相分离器的研究综述

超流氦恒温器是远红外探测器冷却系统的主要设备,气液相分离器则是超流氦恒温器的关键部件,能有效完成超流氦的气液分离,防止泄漏并实现空间液体的综合管理。文中介绍了在空间红外探测中应用较多的多孔塞相分离器的工作原理,描述了多孔塞的流量特性曲线,并对曲线上各工作区域的质量流量与温差(压差)的关系式进行了介绍。文中还对多孔塞的制备工艺进行了分析,并结合国内外研究进展给出了合理选择多孔塞所需要注意的相关参数。     

ITER轴向绝缘子低温机械疲劳性能实验研究

文中在拉伸实验、压缩实验、弯矩实验和扭矩实验的基础上研究了ITER轴向绝缘子的低温耐疲劳性能,并对绝缘子的氦气密性能以及PASCHEN放电特性进行了检测.检测结果表明:ITER轴向绝缘子在6万次机械疲劳后,液氮温度4MPa氦气内气压下其氦气漏率在6.0×10-10Pa.m3/s以下;约100Pa氦气压、56kV高电压下...     

系留气球内囊氦空二元气体浓度分布特性试验研究

长期的氦气漏损和空气渗透使得体积一定的系留气球剩余浮力下降,为保证系留气球安全性,必须进行氦气提纯.为了提高氦气纯化的费效比,有必要开展系留气球内囊氦气的气体浓度分布规律研究.基于系留气球内囊气体的组成分析和系统技术指标要求,文中提出了一种适用于系留气球内囊氦气浓度分布特性研究的试验,给出了详细的试验方法并分析试验结果...     

超导涡流制动装置液氦容器设计及分析

液氦容器是浸泡式超导涡流制动装置稳定运行不可或缺的部件, 其漏热损耗和结构强度关系着内部超导磁体能否安全稳定的工作. 针对超导涡流制动装置的液氦容器的各类漏热进行了分析计算, 详细讨论了超导线圈励磁过程中对不同壁厚的液氦容器产生的涡流损耗, 并采用 Ansys 有限元分析软件对不同壁厚液氦容器的强度进行了计算, 结合漏热及强度计算结果获得了最优的液氦容器壁厚参数. 结果表明4 mm 壁厚下的液氦容器总漏热在励磁速度为90 A/s 时可达1 .87 W, 液氦容器在各类综合力作用下的最大应力为393 MPa, 最大变形为2.2 mm,可满足所选材料的漏热及强度需求, 为超导涡流制动器装置总体设计提供了有力保证.     

级联弧放电氦等离子体特性研究

采用另加偏压的单阴极弧氦放电直线等离子体装置对氦等离子体的基本特性进行了研究。对氦轴向输运规律做了描述并与光谱测量数据做了定性地比较。实验结果表明,氦等离子体的电子温度与电子密度均随放电电流、约束磁场的增加而增加。氦原子与氦离子的辐射光谱随放电电流、偏压、磁场的变化规律进行了测量分析,同时氦离子对钨靶积分辐照效应进行了观察。这些结果不但提供了氦等离子体的基本特性,对于研究氦离子与面向等离子材料相互作用导致产生气泡、肿胀、脆化损伤等的评估,特别是对将来伴有(n, α)反应时具有一定的参考价值。     

氦透平膨胀机叶轮(理想气体)S_2流面流场计算

为保证核聚变装置EAST(Experimental Advanced Super-conducting Tokamak)氦低温系统的稳定运行,其核心部件氦透平膨胀机必须满足制冷量的要求;因此有必要用流线曲率法对低温氦透平膨胀机T2叶轮流场进行计算。经过计算得出T2叶轮子午面流场,同时也对叶轮性能进行分析,结果完全满足要求。     

无磁杜瓦粘接接头真空性能的实验研究

采用氦质谱仪测量了不同工况下 ,铝、玻璃钢和不锈钢等材料间螺纹粘接接头处的漏率 ,结果表明螺纹接头可以得到很好的真空性能 ,可以满足无磁杜瓦的技术要求     

Instability and reconstruction of a thin fluid film under inversion conditions

The development of mechanical instability of a neutral fluid film (liquid helium or hydrogen) under inversion conditions (it does not lie on a solid substrate but hangs from a ceiling) is discussed. Critical parameters of such an instability and the character of surface reconstruction under the action of van der Waals forces, bubble pressure, and gravitational forces are determined. The interrelation with the well-known Frenkel problem of a drop on a solid substrate is pointed out. An electrostatic mechanism is proposed for the stimulation of instability of a thin helium film. This mechanism is promising for the problem of superfluid helium leakage.     

真空丧失条件下液氦容器安全性试验

真空丧失对液氦容器的安全性是一大威胁,可能会造成十分严重的后果。通过试验,利用氦气及空气作为介质,对低温液氦容器在真空层发生泄漏情况下的漏热进行了研究。结果表明,多层绝热结构对于真空遭到破坏后的液氦容器能够起到一定的保护作用,而渗入到真空绝热层中气体的性质对于最终漏热情况也有影响,发现空气的“破坏力”明显小于氦气。