CFETR 中性束注入系统概念设计

为了满足中国核聚变工程实验堆(CFETR)对等离子体加热和电流驱动的要求,从总体布局、束传输 系统、束源系统三方面进行了中性束注入系统的概念设计。利用参数计算的方法,根据聚变等离子体的要求明确 了中性束注入系统的性能指标和基本布局;利用束传输空间分布程序评估了束传输性能,确定了各功能部件的空 间布局结构;在此基础上,确定了束源系统的性能指标和引出系统布局方式,结合当前研发进展,明确了束源的 基本技术方案。由此完成了中性束注入系统参数指标、束传输关键尺寸、束源性能指标等设计要求,为后续工程 设计奠定了基础。     

CFETR上高能量粒子输运初步模拟研究

为了研究CFETR上高能量粒子的行为,利用输运代码ONETWO模拟研究了聚变反应和高能量粒子的输运现象。在无中性束注入(NBI)条件下,高能量α粒子的密度是随时间逐渐减少的。在考虑NBI以后,α粒子密度有着较明显的下降。在束离子能量增加而NBI功率不变的情况下,α粒子密度除了在等离子体中心区域有一定的下降外,在其他区域几乎没有变化。在NBI功率增加而束离子能量不变的情况下,α粒子密度在等离子体中心区域有着明显的下降。     

基于系统程序的CFETR 工程预估造价评估

采用国际上多年来在托卡马克装置的部件研发、建造和运行经验形成的数据分析模型,运用MathCAD软件,根据中国聚变工程实验堆(CFETR)的概念设计方案,将其运行模式的设计参数作为初始值输入程序进行运算,得到CFETR 关键参数的关联性。通过对运算结果进行初步分析,给出了CFETR 聚变堆装置关键部件的工程参考造价及其所占比重;通过与ITER 装置造价构成进行比对,分析模拟结果的合理性,初步讨论其造价比重分布趋势原因,并给出相应优化方案和运行建议,为后续聚变堆的工程建设造价优化和结构设计分析,提供参考。     

大孔径背景场磁体的设计与分析

基于中国聚变工程实验堆(CFETR)接头的设计要求，提供了一种大孔径背景场磁体的设计方案。构造出大孔径背景场磁体的结构，利用背景场磁体来得到相应的磁场数据，对比研究磁体的参数对磁场的影响，得出相关参数的变化规律。利用Gandalf 程序模拟计算出CFETR 接头背景场磁体的分流温度，考虑到液氦的流体力学性能，采用Gandalf 程序模拟超导股线的失超行为，估算出较为精确的最小失超能。将最小失超能作为Q₀ 值代入到程序中得出热斑温度值，分析结果表明，设计符合要求，为CFETR 高温超导接头的制作和实验提供了可靠依据。     

CFETR微波诊断预研与设计进展

针对最新的中国聚变工程实验堆(CFETR)零维物理设计参数，对微波诊断进行了研究以及设计工作。为了能够得到完整的密度分布，微波反射计需要同时在高场侧和低场侧进行测量，并采用寻常模以及左旋和右旋非寻常模结合的方式。电子回旋辐射一次谐频的寻常模用来测量芯部电子温度分布，而二次谐频的非寻常模测量能提供边缘温度分布。为了验证新技术在CFETR 上的可用性，EAST 装置上发展了基于频率选择表面的多波段耦合器，为CFETR 的多波段耦合的技术需求提供了可行的预研解决方案。     

中国聚变工程试验堆360°全堆建模与初步核分析

基于自动化建模软件平台cosVMPT的发展,建立了包含厂房结构的中国聚变工程试验堆(CFETR)360°全堆模型,主要结构包括中心螺线管线圈、真空室、纵场线圈、极向场线圈、内外冷屏、杜瓦,以及精细结构的水冷包层和偏滤器.空间布置上包括16个上/下窗口和6个中窗口,2个斜窗口作为NBI束通道,其余窗口内设为屏蔽块.引入"...     

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.     

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。      

泄能支路对CFETR失超保护系统影响分析

中国聚变工程实验堆(CFETR)是中国自主设计的下一代聚变装置,其超导线圈的电流最大达到100 kA。失超保护系统尤其是直流保护开关的可靠性对于超导线圈的保护极为重要。分析了系统中泄能回路参数对CFETR失超保护开关的动作可靠性影响,首先通过理论计算分析杂散参数对开关动作的影响趋势,然后通过仿真求解关断过程中各支路电流电压来验证计算。计算结果证明,较大的泄能支路杂散参数将改变直流开关的关断参数,并降低直流保护开关的动作可靠性。最后对泄能电阻杂散电感提出小于120 μH的设计要求,确保系统安全可靠地运行。     

氦气实验回路HeCEL-3概念设计的初步系统分析

利用大型系统与安全分析软件APROS 对氦冷实验回路(HeCEL-3)进行了包括稳态和瞬态的工况分析,不仅给出了回路设备参数的选取参考值、回路热工参数的分布,而且给出了回路瞬态运行的主要参数变化,为回路的设计和进一步设备调研提供了数据参考。同时,其分析过程和结果对中国聚变工程实验堆(CFETR)和未来聚变堆冷却回路的设计也有一定的借鉴意义。     

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EAST NBI束线综合测试台已研制完成并具备一台兆瓦级离子源测试运行的全套电源设备,包括离子源灯丝电源、弧电源、加速器电源、抑制极电源、偏转磁体电源及缓冲器电源等。介绍了EAST兆瓦级离子源进行起弧放电调试运行的方式,叙述了各套离子源电源系统的设计结构、技术特点及运行控制方式,分析了离子源电源系统稳定可靠运行需要解决的各个难点,给出了EAST束线样机进行高功率及长脉冲束引出测试运行的实验结果。     

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。     

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。     

CFETR N-NBI验证样机恒温供水系统的设计

通过分析中国聚变工程实验堆(CFETR)的基于负离子源的中性束注入系统(N-NBI)验证样机中等离子体电极的工况,确定了其恒温供水的技术参数,设计出了CFETR N-NBI验证样机恒温供水系统。     

HT—6M装置中性束注入加热初步实验

一、引 言 在受控核聚变领域中,中性束注入是加热高温等离子体最有效方法之一。目前,几乎所有托卡马克实验中所获得高的温度,都是在有中性束注入情况下实现的。而用中性束注入加热托卡马克等离子体在国内尚属首次。 中性束注入系统的关键是离子源引出高能离子束,经过中性化室将高能离子束转变成高能中性束,并注入到装置中去加热等离子体,以提高等离子体的离子温度。 该系统涉及技术领域广,工程量大,经过多年艰苦努力,HT-6M装置中性束注入系统,终于进入实验阶段。本文介绍当50kW中性束注入HT-6M装置后,等离子体温度净增约80eV。     

HL-2M装置中性束离子源束光学红外成像实验研究

为了研究HL-2M装置中性束注入(NBI)加热用的80kV/45A/5s热阴极离子源束光学特性，采用红外电荷耦合元件(CCD)成像技术，测量离子源引出粒子束轰击量热靶板产生的温度分布，得到束功率密度空间分布区间特征参数1/e半宽度。在NBI热阴极离子源调试平台上，扫描离子源的放电和引出参数，利用CCD红外热像仪获得了对应参数下量热靶上的束功率密度分布。实验结果表明，HL-2M装置NBI加热系统80kV/45A离子源可用的导流系数范围为0.7~1.5μP。同样导流系数下，梯度电极与等离子体电极的分压比较高时，引出束流的半宽度较小。     

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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.     

谱合成光束特性的模拟分析

建立了光束谱合成的传输模型.应用光线追迹方法，将闪耀光栅引起的相位变化用槽间光程差和槽内光程差来表示，建立了光束倾斜入射到光栅时相位变化的计算模型.利用衍射积分方法，给出了阵列光源各子光束经谱合成系统后输出光场的解析表达式.依据光束非相干叠加的原理，计算得到合成光束的光强分布.在此基础上，利用强度二阶矩方法，分别计算了阵列光束和合成光束的M²因子，并定量分析了谱合成系统参数对合成光束特性的影响.研究结果表明：通过谱合成系统合成光束的M²关键词： 光束谱合成 阵列光源 闪耀光栅 光束质量