60kV，55A，2s离子源地电极栅的瞬态温度场计算与热应力分析

60kV，55A，2S桶式离子源的物理设计和工程设计已基本完成，目前的设计是基于引出．加速．减速电极系统结构进行的，它们分别是：引出电极、加速电极、抑制电极和地电极。在抑制极与地电极间的抑制区域，离子束与电极问本底气体进行电荷交换产生的离子和束电离本底气体产生的离子经电场加速后轰击到地电极栅上，产生束能量的沉积，从而导致电极栅温度升高，并产生热变形。若温度过高，将可能导致冷却管道熔化，冷却剂渗漏。若热变形过大，还将会影响束的离子光学性能。为了保证电极栅的机械可靠性和几何非塑性变形，需要对它进行热应力分析。     

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80k V/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80k V/45A离子源可用的导流系数范围为0.7~1.5?P。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。     

HL-2Aװ��NBI���Ի������к�������Ի�Ч��

采用迭代法对HL-2A装置1MW中性束系统中的中性化气体靶厚进行了理论计算,并给出了相应的中性化效率,发现仅靠离子源顺流气体形成的气体靶通常不能使中性化效率达到最佳值,因而有必要在中性化器内加入补充送气来提高气体靶厚。采用补充送气系统,在相同的放电参数下中性化效率提升约10%。     

Optimization of Experimental Discharge Parameters to Increase the Arc Efficiency of the Bucket Ion Source

Arc efficiency is a critical criterion for assessing the performance of the ion source. High are efficiency is necessary for a high power ion source, because it can decrease the load of the arc power supply. Thus the relationship between the discharge parameters （gas pressure, arc voltage, filament current, bias resistance connecting between the anode and plasma grid） and the arc efficiency is investigated in experiment especially. It is found that with increasing pressure, the arc efficiency increases fast if the pressure is below 0.4 Pa, but when it is above 0.4 Pa, the arc efficiency remains unchanged or increases slowly. If we increase the arc voltage or filament current, the arc efficiency decreases. The bias resistance also influences the arc efficiency, at the same pressure the arc efficiency increases with resistance.     

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对清洗放电时ITER辉光放电电极采用水冷和气冷条件下的电极冷却进行了计算。当辉光放电清洗功率为9000W,冷却水的流速为4~6m.s-1,入口温度为室温25°C时,电极的温升不会超100°C。当冷却媒介为氦(He),速度为300m.s-1,入口温度为室温25°C时,最高温度不会超过200°C。计算表明,当仅仅考虑因辉光放电电功率所导致电极发热时,水冷可以满足电极辉光放电时的冷却要求。     

HL-2A中性束大功率离子源的研制

2007年3月,为HL-2A中性束注入器研制的大功率离子源在核工业西南物理研究院成功通过了测试.该离子源为圆柱结构的桶式离子源型;加速器采用三电极的加减速系统.实验运行参数如下:灯丝加热电流1100A,电压12V,弧放电电压120V,弧放电电流1050A,等离子体密度达2.5×1012/cm3,离子流密度0.44A/cm2;在距等离子体电极5mm的平面上,等离子体的均匀性好于5%,工作脉宽2s.离子源物理设计、工程考虑、实验研究结果等将在本文介绍.     

大功率多磁极会切场离子源的弧放电特性分析

为了在HL-2A上实现3MW的中性束注入,我院自主研制了直径为260ram,高度为240ram的大功率多磁极会切场离子源.目前,它的性能已达到并超过了最初设计指标,放电脉冲为ls时,最大离子流密度为0.44A/cm2;放电脉冲为3s时,等离子体离子流密度0.24A/cin2;等离子体非均匀性都在5%-7%范围之内.目?它是我国国内等离子体密度最高,放电功率最大的长脉冲桶式离子源.本文通过实验数据与理论相结合的方式对弧放电特性进行分析.     

大功率长脉冲离子源引出系统的热应力计算与分析

1引言 大功率长脉冲离子源技术研究是当今托卡马克装置上中性束注入器技术研究领域的前沿课题之一。离子源技术向大功率、长脉冲和高可靠性方向发展的趋势对大面积多孔（或多缝）引出系统的设计提出了更高的要求。当大功率离子源长脉冲运行时，引出系统较长时间一作在接近击穿的高场强区，在离子被引出和加速的过程中，由于粒子间的相互作用。     

大功率多磁极会切场离子源的弧放电特性分析

为了在HL-2A上实现3MW的中性束注入, 我院自主研制了直径为260mm, 高度为240mm的大功率多磁极会切场离子源. 目前, 它的性能已达到并超过了最初设计指标, 放电脉冲为1s时, 最大离子流密度为0.44A/cm²; 放电脉冲为3s时, 等离子体离子流密度0.24A/cm²; 等离子体非均匀性都在5%—7%范围之内. 目前, 它是我国国内等离子体密度最高, 放电功率最大的长脉冲桶式离子源. 本文通过实验数据与理论相结合的方式对弧放电特性进行分析.     

HL-2M装置5 MW中性束加热束线离子源放电室研制

为了给HL-2M装置建设一条5 MW中性束加热束线,开展了中性束加热用热阴极弧放电离子源放电室的研制。这条中性束束线包含4套80 kV/45 A/5 s离子源,放电室的设计指标为850 A/5 s。首先采用CST软件中的电磁工作室对特定几何结构的放电室会切磁场进行了模拟计算,得到了会切磁场分布,验证了会切磁场布局的合理性。针对放电室加工工艺和实验过程中局部拉弧等问题,对放电室结构进行了不断改进。放电室侧壁由40列会切磁体改为7圈环形磁体,阴极灯丝结构从灯丝板结构最终改为陶瓷可伐结构,并且在放电室和加速器之间增加了陶瓷屏蔽。在阴极板结构放电室和阴极陶瓷可伐结构放电室内都获得了正常的弧放电。最终定型的放电室采用周边7圈环形会切磁体和陶瓷可伐结构。在定型的放电室内达到了5 MW中性束束线离子源弧放电的指标。弧放电时间接近5 s,最大弧放电电流达到1 000 A。