一种基于多普勒频移光谱的中性束注入器气体靶厚度诊断的新方法（英文）

中性束注入是等离子体加热和电流驱动的最有效方法之一。中性束注入的三个基本过程为:离子束的产生,离子束的中性化和中性束的传输,其中,离子束的中性化是关键环节之一。对于EAST-NBI气体中性化室而言,中性化室内气体靶厚度会直接影响离子束的中性化效率,而且还会进一步影响到中性束的传输效率。基于多普勒频移效应,提出了一种新的诊断气体靶厚度的方法,并且已经被应用于EASTNBI测试平台上。该方法主要是基于中性束的束成分随气体靶厚度的演化过程,利用中性束发射Dα光谱线强度完成计算。因此,它被应用于中国科学院等离子体物理研究所EASTNBI装置上。在中性化室出口处的观测窗口上进行测量,在束能量为40～65keV时,气体靶厚度值为(0.16～0.22)×10~(16) cm~(-2),随着引出束流的变化,气体靶厚度随之改变。根据质量守恒定律,对中性化室内的气体靶厚度进行一个粗略的估算,估算的结果与测量的结果基本保持一致,从而证明了该诊断方法的合理性。综上,实验结果表明,该种基于多普勒频移效应的光谱诊断法可以被用于测量中性化室内的气体靶厚度。     

EAST-NBI磁偏转系统束传输特性模拟研究

根据EAST-NBI偏转系统工作原理,分析了束流在偏转系统传输的基本过程和特点。利用直接蒙特卡罗方法,发展了中性束注入器束偏转区域束流传输模拟程序。结果显示:EAST-NBI磁偏转系统可很好地剥离束流中的剩余离子;束偏转区域束流再电离损失约为2.43%;束流180°偏转所带来线聚焦过程使偏转磁体磁极护板局部面临较高的热流密度。     

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。     

进气量对强流正离子源反向电子流的影响研究

分析了EAST-NBI离子源束引出过程中反向电子的产生及物理特性,对典型情况下的进气量对离子源的影响进行了计算和实验研究。实验结果发现,质子比受进气量影响较小,进气量与反向电子流呈明显正相关。     

������ע������ƫתϵͳ�IJ������������о�

为EAST装置中性束注入器设计了一套用于将剩余离子在线电偏转的结构,并对系统各设备的核心参数进行了估算。在4.41kV偏转电压作用下,该电偏转系统可提供80keV氘离子束偏转所需的偏转电场。在偏转电场调制情况下,该电偏转系统可有效降低极板表面的热负荷,进而满足EAST中性束注入器稳态运行的需要。     

强流离子源光腔衰荡光谱应用研究

强流离子源是托卡马克中性束注入器的核心部件，为了满足未来对高能量离子束中性化效率的要求，负离子源成为中性束注入系统的首选。光腔衰荡光谱(cavity ring-down spectroscopy，CRDS)是一种超高灵敏探测吸收光谱技术。在强流负离子源中，利用氢负离子的光致剥离过程，CRDS可以用来测量氢负离子的绝对积分密度。与激光光致剥离法与光学发射光谱法相比，CRDS具有不受电磁干扰、不依赖等离子体参数、测量精度高等优点。强流离子源负离子密度测量所用CRDS系统由激光器、光学谐振腔、光电探测器和数据采集系统四部分组成。本文根据CRDS测量氢负离子密度的原理，详细推导了氢负离子密度的计算方法，给出了氢负离子密度测算表达式；然后，结合强流离子源实验室应用的具体情况，分析了各部分装置的选择原则与注意事项；最后，介绍了CRDS技术在德国马克斯-普朗克等离子体物理研究所、日本国立聚变科学研究所、意大利Consorzio RFX研究所强流负离子源研究中的应用情况。实验结果表明，源腔气压、源功率等源参数会影响氢负离子密度；铯的注入可以将氢负离子密度从1016 m-3量级提高到1017 m-3量级；同时，日本NIFS的实验结果证明氢负离子密度与引出电流呈线性关系。     

CFETR 中性束注入系统负离子束源概念设计

根据 CFETR 对 NBI 系统参数的需求，开展了 CFETR NBI 束源的概念设计，给出了束源的设计参数指标和总体设计方案。完成了大面积等离子体发生器和负离子加速器两部分的设计工作。     

Modeling process of the neutral beam re-ionization loss

The basic process of re-ionization loss was studied.In the drift duct there are three processes leading to re-ionization loss：the collision of neutral beam particles with the molecules of background gas,similar collisions with released molecules from the inner wall of the drift duct and the ferret-collisions among particles with different energy of the neutral beam.Mathematical models have been developed and taking EAST-NBI parameters as an example,the re-ionization loss was obtained within these models.The result indicated that in the early stage of the neutral beam injector operation the released gas was quite abundant.The amount of re-ionization loss owing to the released gas can be as high as 60%.In the case of a long-time operation of the neutral beam injector,the total re-ionization loss decreases from 13.7% to 5.7%.Then the reionization loss originating mainly from the collisions between particles of the neutral beam and the background molecules is dominant,covering about 92% of the total re-ionization loss.The drift duct pressure was the decisive factor for neutral beam re-ionization loss.     

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。     

中性束束流品质对偏转系统窗口设计的影响

介绍了EAST第一条中性束注入束线内部偏转系统的结构。以参数为80 keV,70 A的氘束作为参考束,分析了经过中性化气体靶后,束流中高能粒子的能量成分;通过计算不同能量离子的偏转半径,说明了束截面在纵向的扩展情况;阐述了束散角的产生原理,分析了束散角对偏转系统窗口设计的影响。结果表明,偏转系统入射窗口和出射窗口尺寸一般和入射束的尺寸一致;偏转系统入射窗口和回转窗口的尺寸和相对位置满足一定条件,可使装置的热负荷相对较小,且各部分热负荷相对均匀。