HL-2A装置实时等离子体位形重建系统的加速优化

现有的HL-2A实时平衡重建系统采用的是网格尺寸为33?33,将无法满足HL-2M装置对控制精度和速度要求。为此开发了网格尺寸为129?129的重建系统,并通过GPU并行、算法重构等优化方法,使得新的重建系统在保证计算精度的情况下能够使得每一次平均重建计算维持在600?s内,可满足HL-2A和HL-2M中周期为1ms等离子体控制系统对重建系统精度和速度要求。     

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描述了HL-2A等离子体实时平衡重建的GPU并行化算法,主要包括G-S方程的并行化处理、三对角方程求解、网格边界磁通计算以及一系列矩阵相乘的并行加速.并行后,在129×129的网格下完成一次迭代计算需要约575μs.     

HL-2A等离子体实时平衡重建的GPU并行化

描述了HL-2A等离子体实时平衡重建的GPU并行化算法,主要包括G-S方程的并行化处理、三对角方程求解、网格边界磁通计算以及一系列矩阵相乘的并行加速。并行后,在129×129的网格下完成一次迭代计算需要约575μs。     

HL-2M 装置供电系统研制

为满足 HL-2M 装置的供电需求,须配套建设相应的供电系统。通过仿真计算 HL-2M 装置的总体供 电需求,考虑到 HL-2A 装置现有的供电系统设备,提出了兼顾 HL-2A 和 HL-2M 装置供电需求的总体配置方案。介绍了国内首台 300MVA 立式交流脉冲发电机组、磁体电源、高压电源和电源控制系统的研制情况。     

HL-2A装置与HL-2M装置控制处理研究与发展

2006年，围绕HL-2A装置实验控制、数据采集与处理，开展了高性能计算系统建设，基于EFIT代码的HL-2A等离子体位形重建以及若干大型代码的引进移植；实施了水平场电源部分有环流控制；设计制作了新型抗干扰采集器；开展了基于模拟信号脉冲识别的计数研究，在此基础上通过SDD诊断数据计算获得了等离子体电子温度；对HL-2A数据存储系统与实验网进行了全面升级，围绕HL-2M项目，开展了HL-2M位形和极向场线圈设计，HL-2M等离子体控制系统的预研．     

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为利于HL-2M真空室(VV)及极向场线圈(PFC)的整体安装,环向场线圈(TFC)采用比特板式结构,这种结构需要用到高强度高导电性能的大尺寸异形铜合金厚板以便满足线圈复杂受力的要求.通过应力分析,确定了在TFC上使用的3种铜合金.介绍了大尺寸异形铜合金板材的制造工艺和铜板多项性能的测试结果,结果表明异形铜合金板材的尺寸及各项性能均满足了HL-2M装置环向场线圈的工程设计及加工要求.     

HL-2M 初始等离子体第一壁安装研究

HL-2M 初始等离子体第一壁主要由 2mm 厚度的护板及下部支撑构成，与 HL-2M 限制器 共同构成 HL-2M 真空室内壁保护层。针对第一壁的结构设计及总体的安装规范，提出了第一壁整体的安装工艺 方案，采用螺柱焊、氩弧焊对第一壁的支撑进行固定，采用可利用螺柱调节部件定位精度的辅助工装，并全程利 用激光跟踪仪进行安装精度的实时调节。最终，完成了 HL-2M 初始等离子体第一壁总体安装，部件安装精度达 到±2mm、焊缝质量满足一级焊缝要求、结构能承受 3675N 以上拉力。在 HL-2M 初始等离子体放电过程中第一 壁运行良好。      

HL-2A装置偏滤器改造的初步设计

根据HL-2A装置的结构特点，提出了HL-2A装置偏滤器系统改造的基本方向。对HL-2A极向场线圈系统进行了优化设计，计算了单零平衡位形，进行了开放式偏滤器的结构设计，并对新的偏滤器系统进行了热分析和结构分析。结果表明，新的偏滤器系统新的偏滤器系统能够满足具有一定拉长比和三角形变的等离子体放电要求。     

折/衍混合增强现实头盔显示器光学系统设计

利用衍射光学元件独有的负色散性质和可实现光波面任意相位调制的特点 ,在光学系统中引入衍射面 ,设计了出瞳距离为 2 6mm ,出瞳直径为 12mm ,视场角为 2 0°(H)× 15 .4°(V)的用于增强现实的折 /衍混合穿透式双通道头盔显示器的光学系统。设计的系统内、外两个光通道的光能量利用率分别达到 1/4和 1/2。系统分辨力适合采用分辨率为 80 0× 6 0 0、像元尺寸为 33μm的图像源。设计结果 ,系统镜头直径小于 4 6mm ,满足用于双目显示的要求。设计结果表明 ,该系统不仅在结构上满足使用者因素的要求 ,而且成像质量接近衍射极限 ,具有很高的分辨率 ,色差和畸变非常小。设计结果完全满足用于增强现实的要求。     

HL-2M中性束低温泵管路的流阻计算

中性束注入是HL-2M装置最有效的辅助加热方式之一,而中性束低温泵是为了保证整个中性束系统能够工作在更好的状态。分别用解析计算和Flowmaster数值计算方法对HL-2M中性束低温泵管线的流阻进行了计算,并对两种计算结果进行了比较,为HL-2M低温系统的设计提供一定的依据。     

HL-2M 装置磁测量系统设计及初始放电实验结果

介绍了 HL-2M 装置上满足等离子体放电的磁测量系统的物理设计,主要包括磁探针、磁通环以及 电流测量系统的设计。通过 HL-2M 装置典型的放电位形参数对磁探针的极向布局、有效面积,磁通环的极向布 局以及测量等离子体电流的罗氏圈互感值进行了初步设计。目前,HL-2M 装置已经完成初始等离子体放电。各个 子系统均能达到其测量目标。      

HL-2M 装置初始放电安全联锁系统研制

为确保 HL-2M 装置能安全、稳定地进行初始等离子体放电实验,参考国际热核聚变实验堆(ITER) 的安全联锁设计,并结合 HL-2M 装置的实际现状,建立了一套基于可编程逻辑控制器(PLC)慢控制的中央安全联 锁系统。搭建了一套千兆光纤星形网用来满足各系统之间的通讯。中央安全联锁系统根据故障风险等级和预先设 定的故障处理机制,协调各子系统进行联锁保护动作。WINCC 监控画面显示各子系统的运行状态和故障信息。 采用 EPICS CA 协议和 S7nodave 驱动实现了软 IOC 读取 PLC 变量,并结合 C#编程实现了对主机大厅门禁访问系 统的控制,保障了人员和设备的安全。该套中央安全联锁系统已经投入使用,平均扫描周期 1~3ms,满足 HL-2M 装置初始等离子体放电的安全联锁保护需求。     

基于精确时间协议的 HL-2M 装置 定时同步网络研究

基于 HL-2M 装置对时序精度的要求,参考 ITER 的设计方案,设计了基于精确时间协议(PTP)的 HL-2M 分布式时间通讯网络,使 HL-2M 装置的时钟同步和事件触发的精度从微秒级提高到亚微秒级,最终优于 100ns。     

Hybrid Method for Tokamak MHD Equilibrium Configuration Reconstruction

A hybrid method for tokamak MHD equilibrium configuration reconstruction is proposed and employed in the modified EFIT code. This method uses the free boundary tokamak equilibrium configuration reconstruction algorithm with one boundary point fixed. The results show that the position of the fixed point has explicit effects on the reconstructed divertor configurations. In particular, the separatrix of the reconstructed divertor configuration precisely passes the required position when the hybrid method is used in the reconstruction. The profiles of plasma parameters such as pressure and safety factor for reconstructed HL-2A tokamak configurations with the hybrid and the free boundary methods are compared. The possibility for applications of the method to swing the separatrix strike point on the divertor target plate is discussed.     

HL-2M 装置磁测量积分器设计

在核聚变实验中, 积分器是还原微分信号的基本手段,低漂移积分器系统的研制是托卡马克实验中 的重要环节。介绍了用于 HL-2M 装置磁测量的低漂移积分器系统。通过模拟与数字补偿相结合的方法减小漂移, 提高了信号间的测量精度。性能测试显示,积分器输出漂移小于 2mV/15s,积分时间常数精度优于 0.3%。该积分 器应用于 HL-2M 装置实验,满足磁测量系统的测量需要。     

HL-2M 装置 NBI 加热系统规划及束线研究进展

为满足 HL-2M 装置高约束模式及高参数实验需求,HL-2M 装置规划 3 条中性束注入(NBI)加热束线, NBI 加热功率为 15MW。第 1 和第 2 条束线是基于正离子源的 NBI 加热束线,根据中后期高参数实验状态确定第 3 条束线采用正离子源或者负离子源。本文简要介绍了 HL-2M 装置的加热束线布局和系统设计概念,综述了基于 4 套 80kV/45A/5s 离子源的 5MW-NBI 中性束加热束线的设计参数及研制进展。在物理和工程可行性简要分析基 础上,给出了采用 2 套 200kV/12.5A/10s 热阴极负离子源的 2.5MW-NBI 束线的概念设计、工程设计及技术研究进 展。      

HL-2M 装置主机集成安装工程质量管理

基于 HL-2M 装置主机集成安装实践,以风险控制、过程管理为质量管理工作总体思路,对工程策 划、实施、验收环节进行全面质量管理。通过实施质量管理活动,确保了 HL-2M 装置主机集成安装工程达到质 量目标,并于 2020 年 12 月 4 日首次放电成功。通过本项目的实施积累了大科学工程的质量管理经验。     

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。