气体注入系统的检漏系统中氚监测支路进气量的数值模拟及结构优化

利用计算流体力学分析软件ANSYSCFX,对气体注入系统的检漏系统中氚监测支路气体流量进行了数值模拟,发现在支管管径1/2in且与主管夹角成90°的情况下,当主路流量为33m³·h^-1时,支管进气量只有0.2354m³·h^-1,不满足0.36～3.6m³·h^-1的设计要求。采取改变支管与主管之间的夹角和增大支管管径两种方式对支路结构进行了优化。优化后的结果显示,将支管内半径增大至6.9mm以上或减小支管与主管的夹角至30°以下均可使检漏管路满足各工况下的进气量要求。     

HL-2M 装置初始等离子体放电阶段的直流辉光放电清洗系统研制

基于 HL-2M 托卡马克初始等离子体放电的工程需求,设计并研制了直流辉光放电清洗系统,包括电 极、馈线、电源、控制以及监测等关键部件和辅助子系统。研制完成后开展了系统装配和工程调试,并投入到首 次等离子体放电。实验结果表明,该直流辉光放电系统运行稳定、可靠,且此辉光放电清洗显著降低了真空室本 底杂质浓度,能满足 HL-2M 装置初始等离子体放电的壁条件需求。     

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介绍了为开展漏孔检测、氘-氦分辨性能及真空检漏技术等相关实验研究而进行的四极质谱计分析与测量系统的研制,描述了真空室结构、抽气设备的选型、测量仪器的选择及控制保护子系统工作方式。对系统进行了包括极限真空、残余气体质谱分析、漏放气率、质谱计性能等测试,结果表明本系统达到了设计要求。     

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利用一套四极质谱气体分析与测试系统,开展MicroVision Plus四极质谱计的氦(He)、氘(D2)分辨性能实验。分别向分析室送入He和D2,记录质谱图,得到质量刻度和分辨率等信息。He+峰位为(4.0022±0.0006)amu;D2+峰位为(4.0246±0.0006)amu。在10-6～10-4Pa的分压范围,观察到He和D2的分辨率随其分压强的增大而减小。在10-7Pa-m3-s-1的He漏孔条件下,调节D2送气量,He+/D2+分压峰值比在10-1量级可以分辨出He。     

HL-2M装置真空室预装阶段检漏试验

通过在加工现场和安装现场搭建的真空辅助系统、四极质谱计及氦检漏仪组成的检漏系统,运用残 余气体分析和氦质谱检漏方法在冷态下对 HL-2M 真空室扇形段及真空室整体进行了真空检漏试验。对漏点进行 修复后,测试了真空室的极限真空度和总漏气率等。真空室经过 72h 的抽气后,真空度达到 3.7×10⁻⁵Pa,超过了 1.0×10⁻⁴Pa 的预期预抽真空度。用静态定容法测得的真空室漏放气率为 2.3×10⁻⁷Pa⋅m³⋅s⁻¹,小于设定的真空漏率 技术指标 5×10⁻⁷Pa⋅m³⋅s⁻¹。试验结果表明 HL-2M 装置真空室满足超高真空条件,符合设计要求。     

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对所研制的质谱测量与分析系统进行了性能测试。烘烤后系统的极限真空达到了7.3×10-7Pa,总漏气率为3.84×10-9Pa.m3.s-1。上下球室之间的气体压力,以及漏孔的漏气率与高分辨四极质谱计的氦分压力均呈现了良好的线性关系。结果满足动态流导法真空校准的技术要求,为氘、氦混合气体的测量与分析提供了条件。     

ITER气体注入系统含氚管道的等效漏率评估

氚的泄漏会对公众安全和环境造成危害,有必要对含氚管道的泄漏进行分析。对ITER气体注入系统的含氚管道进行分析,对触发系统氚报警阈值(3×10⁵Bq·m^-3/环境安全值,1×10⁸Bq·m^-3/系统安全值)时,氚送气管、离子源管以及中性化管泄漏的等效空气漏率进行了计算。结果表明,氚送气管泄漏的风险最高。虽然氚送气管的气体压力低于包容管的夹层压力,但由于管道的氚浓度高,漏率大于3.2×10^-8 Pa·m³·s^-1时会触发报警。而在离子源管中虽然氚浓度低,但管道的气体压力远高于包容管的夹层压力,漏率大于6.1×10^-6 Pa·m³·s^-1时会触发氚报警。气体注入系统含氚管道泄漏的氚危害不可忽视,必须进行实时监测和防护。     

ITER气体注入系统汇集管道现场安装阶段的检漏方案

根据ITER设计真空手册泄漏检测的要求,提出了ITER气体注入系统汇集管道在现场安装阶段的检漏方案。对汇集管道内管的检漏采用真空氦喷吹法进行,按照窗口小室的焊接顺序,每完成一个窗口小室内的焊接就进行一次检漏。对内管检漏所需要的最长抽气时间和最长反应时间进行了评估。结果表明,单次检漏的抽气时间在30min以内,检漏的反应时间在10min以内。对汇集管道包容管的检漏采用正压氦吸枪法进行,在包容管所有焊接均完成后一次性进行检漏。