EAST液态锂限制器分配盒参数对锂流动性影响

为考察溢流孔结构几何参数及壁面电导率对液态锂流动的影响,通过数值模拟方法对不同尺寸、形状及壁面电导率的溢流孔中液态锂的流动进行了数值模拟。结果表明：溢流孔的截面宽度越小,其出口的速度分布越均匀,速度峰值也越小,但溢流孔进出口之间的压力降会显著增加;且随着壁面电导率增大,MHD压降也随之增大。对于圆形及椭圆形截面的溢流孔,其出口的速度分布远比矩形溢流孔均匀。另外,关于限制器热平衡的计算有助于保证限制器的安全稳定运行。结果对分配盒几何参数的设计、电磁泵及冷却系统的设计具有重要的指导意义。     

聚变堆相关的液态金属膜流初步实验研究

在磁约束核聚变堆的面对等离子部件设计中,液态金属锂膜流因具有带走杂质、保护面对等离子固壁等优点而被认为是优选方案之一. 然而,如何克服聚变堆中强磁场环境下产生的磁流体力学效应并形成大面积均匀铺展锂膜流动是目前亟需解决的问题.本文通过搭建室温液 态镓铟锡回路和高温液态锂回路,开展了两种不同特性的液态金属膜流实验, 并采用传统可视化方法获得了展向磁场存在时镓铟锡和锂在导电底板形成的液膜流动表面特征.实验结果 表明: 无磁场时,两种液态金属膜流流动表面波动特性与常规流体膜流均一致, 即随着流动雷诺数的增加表面波动变得更为混乱; 而展向磁场存在时,镓铟锡膜流表面波动变得更为规则, 且沿着磁场方向平行排列,表现为拟二维波动的特征; 而锂膜流却产生了明显的磁流体 力学阻力效应,表现为在流动方向局部产生锂滞留现象, 且滞留点随雷诺数增大向下游移动. 最后通过膜流受力分析,进一步阐述了锂膜流受到比镓铟锡膜流更为严重磁流体力学效应影响的原因.      

EAST中加热功率对弹丸注入加料效率的影响

介绍了 EAST 装置气动加速氘弹丸注入加料系统和不同加热功率条件下弹丸加料效率的实验结果。 当等离子体加热功率从 1MW 逐渐增加到 10MW 时,弹丸加料效率从 60%降低到 10%。加热功率的升高导致弹 丸粒子的沉积深度 λp/a 降低达 50%左右,从而导致大量的弹丸粒子沉积在等离子体边界。     

基于超声分子束和普通充气的聚变等离子体密度反馈实验研究

本文介绍了全超导托卡马克装置EAST实验中等离子体密度反馈的方法和结果. EAST密度反馈采用普通充气 (gas puffing) 和超声分子束 (supersonic molecule beam injection, SMBI) 在放电过程中反馈进气, 获得稳定、预期的等离子体密度. 典型的一天放电实验中, 每次放电的充气量和壁滞留的变化可分为两个阶段: 第一阶段为初始约20次放电, 该阶段充气量非常高且呈指数趋势下降, 粒子滞留率为80%–90%, 壁滞留迅速上升. 第二阶段为随后的约50次放电, 该阶段充气量较小且保持稳定, 粒子滞留率为50%–70%, 壁滞留缓慢上升. SMBI的加料效率为15%–30%, 延迟时间小于5 ms. 因此使用SMBI 进行密度反馈效果优于gas puffing反馈, 相同条件下前者充气量较后者减少了～ 30%, 壁滞留减少了～ 40%, 再循环系数也相应减少. gas puffing反馈时, 采用脉宽调制模式效果优于脉幅调制模式. SMBI密度反馈可以作为未来EAST长脉冲高参数放电的主要手段之一. 关键词： 密度反馈 超声分子束 再循环 壁滞留     

EAST超导托卡马克装置真空室壁处理的研究

壁处理技术被广泛应用于托卡马克装置上,以降低装置本底杂质水平,改善器壁的再循环.自2008年起,EAST面向等离子体的第一壁采用全碳材料,由于特殊的石墨晶体多孔结构,具有高放气率以及对H₂O,H₂等杂质气体的高吸附性,从而使等离子体放电前期的装置真空室壁处理尤为关键.本文介绍了EAST装置真空室壁处理的实验系统,并研究了装置烘烤与不同工作气体及工作参数下的直流辉光放电清洗对杂质粒子的清除效果.实验结果表明:EAST装置真空室在经过长时问的前期壁处理后,显著地降低了真空室内壁的出气率与本底杂质浓度,这对随后进行的等离子体放电实验非常有必要.     

长脉冲等离子体放电下HT-7装置限制器温度变化及能流分析

 在HT-7托卡马克等离子体长脉冲放电过程中，作为直接面对等离子体的第一壁限制器表面的温度变化及其承受的能流密度的计算，对于判断限制器的作用和对等离子体的影响都有非常重要的意义。主要从测量到的距离限制器表面3mm处温度变化曲线,采用无限大平面模型计算限制器模头表面能量沉积的能流密度,并讨论了不同等离子体放电下局部点能流密度的差别。多数长脉冲放电下，少数局部点的温升超过1 000℃，最大能流密度超过10MW/m ²；但通过对等离子体位移的控制，局部点温升被抑制，高密度能流持续时间短，有利于长脉冲放电。同时对限制器结构和材料对模头温度的影响也做了比较详细的分析。     

流动液态锂回路的设计与初步实验研究

对流动的液态锂限制器回路平台的热力学及流动性进行了分析。通过ANSYS分析发现,限制器工作在350℃的温度下,通过真空室壁内侧添加的热屏蔽层及氦冷的应用,可以有效地控制真空室壁的温度在180℃以下。对注锂管法兰的温度分析发现,通过流速2.5m•s^-1的水冷设计,能够控制法兰刀口位置的温度在60℃左右。根据液态锂2m³.h^-1的流量设计要求,分别估算了液态锂回路中沿程阻力损失及局部阻力损失,综合回路中的锂流动盘与电磁泵之间的高度压差,计算出液态锂驱动所需的电磁泵压头为14.2m。根据流动液态锂实验回路的热力学及流动性分析,设计完成了液态锂回路并开展了流动液态锂实验。实验结果表明,系统温度控制合适,没有出现真空室或注锂法兰过热引起的泄漏。同时电磁泵能够克服阀门及管道的阻力等顺利的驱动液态锂流动形成闭合的循环回路。     

Deuterium Retention in the Co-Deposition Carbon Layers Deposited by Radio-Frequency Magnetron Sputtering in D2 Atmosphere

Carbon is deposited on C and Si substrates by rf magnetron plasma sputtering in a D2 atmosphere. The deposited layers are examined with ion beam analysis and thermal desorption spectroscopy （TDS）. The growth rates of the layers deposited on Si decrease with increasing substrate temperature, while increase significantly with the increase of D2 pressure. Meanwhile, the deuterium concentrations in the layers deposited on the Si substrates decrease front 30% to 2% and front 31% to 1% on the C substrates, respectively, when the substratc temperature varies from 350K to 90OK. Similarly, the D concentration in the layer on the Si substrates increases from 3.4% to 47%, and from 8% to 35% on the C substrates when the D2 pressure increases from 0.3Pa to 8.OPa. D desorption characterized by TDS is mainly in the forms of D2, HD, HDO, CD4, and C2D4, and a similar release peak occm% at 645K. The release peak olD2 molecules at 960K can be attributed to the escaped gas from the thin co-deposited deuterium-rich carbon layer in the form of C D bonding.     

HT-7装置液态锂限制器实验中锂的腐蚀与沉积特性的研究

在磁约束聚变等离子体装置中, 面对等离子体的第一壁将直接影响高温等离子体性能及第一壁寿命, 具有表面自我修复的、能有效抑制边界粒子再循环的液态金属锂第一壁越来越被重视, 其中液态锂第一壁与等离子体相互作用的研究尤其重要. 本文研究了HT-7装置液态锂限制器实验中锂的表面腐蚀及在装置内沉积特性、及其对等离子体性能影响. 实验表明, 当锂与等离子体相互作用较弱时, 锂以微弱的蒸发及溅射形式从表面腐蚀并进入等离子体, 表现为锂的线辐射有所增强, 等离子体内杂质水平降低, 氢再循环降低, 有利于等离子体约束性能提高; 当锂与等离子体间的相互作用比较强时, 锂主要以锂滴形式直接进入等离子体, 引起锂的辐射爆发, 最终引发等离子体放电破裂. 通过对锂斑及样品的分析发现, 锂主要沉积在限制器周围, 并且在低场侧及沿着等离子体电流方向沉积居多, 表现为极向和环向分布不均匀, 这也导致边界粒子再循环分布的不均匀. 这些实验为研究液态锂第一壁与等离子体相互作用, 分析液态锂第一壁在托卡马克装置上应用具有重要参考意义.     

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对流动的液态锂限制器回路平台的热力学及流动性进行了分析.通过ANSYS分析发现,限制器工作在350℃的温度下,通过真空室壁内侧添加的热屏蔽层及氦冷的应用,可以有效地控制真空室壁的温度在180℃以下.对注锂管法兰的温度分析发现,通过流速2.5m.s-1的水冷设计,能够控制法兰刀口位置的温度在60℃左右.根据液态锂2m3.h-1的流量设计要求,分别估算了液态锂回路中沿程阻力损失及局部阻力损失,综合回路中的锂流动盘与电磁泵之间的高度压差,计算出液态锂驱动所需的电磁泵压头为14.2m.根据流动液态锂实验回路的热力学及流动性分析,设计完成了液态锂回路并开展了流动液态锂实验.实验结果表明,系统温度控制合适,没有出现真空室或注锂法兰过热引起的泄漏.同时电磁泵能够克服阀门及管道的阻力等顺利的驱动液态锂流动形成闭合的循环回路.