CFETR氦冷偏滤器初步设计与分析

基于中国聚变工程试验堆(CFETR)偏滤器位形,初步设计了指状、平板和T形三种氦冷偏滤器模型,在10MPa入口氦压力、10MW?m-2稳态热负荷下,分别对其进行传热数值分析.通过优化结构设计和氦入口参数,降低了靶板工作温度,探索了三种单元结构靶板处理高热负载的能力.在20MW?m-2的稳态热负荷下,对优化后的T形和指状...     

EAST辐射偏滤器充气系统改造及初步实验结果

介绍了EAST偏滤器充气系统的改进措施,压电阀与冷屏一起安装在EAST颈管中,以缩短充气管道,将充气系统的延迟时间减少约200ms。冷屏起冷却阀门并屏蔽电磁场的作用。讨论了在准稳态条件下,延迟时间给偏滤器热流反馈控制带来的负面效应。在中性束加热条件下,通过在外靶板注入Ar/D2(1:4)混合气体研究了靶板离子饱和流和热流分布的变化及充气对主等离子体的影响,得到了靶板离子饱和流显著降低、热流减少的结果。     

CFETR氦冷偏滤器回路LOCA事故放射性释放分析

基于中国聚变工程实验堆(CFETR)氦冷偏滤器回路设计方案,建立事故计算模型,针对真空室外冷却剂丧失事故(Ex-vessel LOCA)和Ex-vessel LOCA叠加真空室内冷却剂丧失事故(In-vessel LOCA),对其放射性释放后果进行了评估。结果表明：Ex-vessel LOCA事故中氦气泄漏会导致管道所在房间压力小幅度上涨,氦气泄漏量低于安全限值;在In-vessel LOCA叠加Ex-vessel LOCA事故中,不考虑隔离阀时房间气体会向真空室倒流,使真空室泄漏量超过安全限值;在加入隔离阀后,真空室泄漏量与房间泄漏量均满足验收准则。同时基于计算结果,估计了事故工况下氚的泄漏量。结果验证了方案的安全性,并为后续设计工作提供了数据支持。     

CFETR偏滤器模块远程操作支撑结构设计与仿真分析

根据远程操作的要求,研究了适合CFETR偏滤器模块远程操作的内外支撑结构设计：内支撑是球形结构,外支撑是齿轮齿条结构,即齿轮齿条设计方案。在虚拟环境中将设计的支撑结构进行了仿真,验证了该结构在安装过程中的可行性。结果表明,所设计的齿轮齿条方案能满足CFETR偏滤器模块的远程操作要求,在该支撑的作用下,偏滤器模块在真空室里能够被固定约束住。     

HL-2M偏滤器的综合模拟技术初步研究

利用SOLPS和DINA程序,对偏滤器的数值模拟进行综合研究。结合HL-2M装置,针对偏滤器的结构优化、脱靶物理过程、偏滤器送气与抽气、垂直位移事件(VDE)等问题进行了模拟研究。分析了偏滤器靶板位形以及脱靶对偏滤器靶板热载荷的影响,研究了偏滤器的送气位置、送气速率、抽气速率等因素对于偏滤器性能的影响;同时,利用DINA程序对HL-2M装置的VDE过程进行了预测分析,并给出了HL-2M装置发生VDE过程的等离子体电流剖面变化,从而为HL-2M装置的偏滤器结构设计和分析提供输入数据。     

CFETR产氚包层与偏滤器部件在热室内维修与退役流程的概念设计

为保证聚变堆环境的核安全,需要在热室内及时对产氚包层及偏滤器进行检测、维修或退役处理。 针对 CFETR 产氚包层与偏滤器结构特点,设计了一套在热室内维修与退役处理的工作流程,包括放射性废物处 理、核去污、除氚等关键工艺,并参照 ITER 设计,遵循 ALARA 原则,完成了热室内各功能区域的放射性分级。     

极紫外波段Ar光谱分析在EAST偏滤器杂质屏蔽效应研究中的应用

在托卡马克偏滤器区域充入杂质气体是检验偏滤器杂质屏蔽效应的重要手段。利用快速极紫外EUV光谱仪对EAST托克马克装置上开展的偏滤器Ar杂质注入实验进行观测。结合NIST原子光谱数据库对2～50 nm范围内不同电离态Ar的线光谱进行了谱线识别,识别出Ar Ⅳ,Ar Ⅸ-Ⅺ,Ar ⅩⅣ-ⅩⅥ等若干个电离态的谱线。为了同时观测等离子体不同区域的Ar杂质行为,在杂质注入实验时重点监测Ar ⅩⅥ35.39 nm(Ar ⅩⅥ电离能918.4 eV,主要分布在等离子体芯部)和Ar Ⅳ44.22 nm(Ar Ⅳ电离能9.6 eV,主要分布在等离子体边界)这两条谱线。利用该两条谱线强度随时间演化的结果初步分析了偏滤器杂质屏蔽效应。在同一充气口不同等离子体位形下的实验结果表明偏滤器对于从偏滤器区域注入Ar杂质的屏蔽效果优于从主等离子体区域注入,并且下偏滤器及内冷泵的综合粒子排除能力优于上偏滤器。     

CFETR偏滤器靶板的概念设计与分析

基于以前的偏滤器研究,提出了中国核聚变工程实验堆(CFETR)偏滤器靶板的概念设计。在最差工况下进行的热工水力分析和力学分析表明,应力和温度都在允许范围内,验证了该设计模型的可靠性。该概念模型和对其所做的分析可以为以后的工程设计提供参考。     

HL-2A装置初始运行阶段杂质和辐射行为的初步研究

作为国内第一个带有偏滤器的托卡马克装置，在HL-2A装置的起始运行阶段，了解等离子体中存在的杂质种类和辐射水平、评估杂质的含量以及在偏滤器位形和孔栏位形下杂质辐射行为的变化都是很重要的。在HL-2A装置的初始运行阶段，壁处理主要是采用常规的辉光放电清洗（GDC）；在偏滤器运行阶段也使用过蒸钛来减少下偏滤器室的杂质以利于偏滤器位形的建立；但未使用硅化等可能破坏初始器壁条件的壁处理手段。     

CFETR雪花偏滤器位形放电模拟及电磁仿真分析

采用TSC程序对中国聚变工程实验堆CFETR装置进行放电模拟,得到了下单零偏滤器和雪花偏滤器放电位形,将TSC中两种偏滤器放电位形的模拟结果,作为源项导入到有限元分析软件进行电磁仿真计算,在已建立的CFETR包层及偏滤器等三维仿真模型上,对两种偏滤器放电位形下的包层和偏滤器等部件进行电磁载荷分析和对比,结果可为CFETR的物理和工程设计提供参考。     

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介绍了EAST偏滤器充气系统的改进措施,压电阀与冷屏一起安装在EAST颈管中,以缩短充气管道,将充气系统的延迟时间减少约200ms。冷屏起冷却阀门并屏蔽电磁场的作用。讨论了在准稳态条件下,延迟时间给偏滤器热流反馈控制带来的负面效应。在中性束加热条件下,通过在外靶板注入 Ar/D2(1：4)混合气体研究了靶板离子饱和流和热流分布的变化及充气对主等离子体的影响,得到了靶板离子饱和流显著降低、热流减少的结果。     

HL-2M常规偏滤器位形抽气对碳杂质分布影响的模拟分析

在小角度V型结构的HL-2M常规偏滤器位形下,采用SOLPS 5.0程序研究了抽气速率Sp对装置粒子排除控制能力及溅射产生的碳杂质分布的影响.模拟结果表明,当进入边缘区域的能量为4MW、上游密度为n sep=3.0×10 m-3时,过高的抽气速率(大于40m3?s-1)将迅速降低靶板附近中性粒子压强和等离子体密度,并引...     

偏滤器等离子体中杂质对钨壁材料的侵蚀模拟研究

偏滤器是托卡马克中与等离子体直接接触的部件,为了保证装置的寿命,需要尽可能地减小等离子体对偏滤器靶板的侵蚀.本文用粒子模拟的方法研究了不同等离子体温度情况下碳和铍两种杂质离子对钨偏滤器侵蚀速率的影响.模拟首先得到稳定的鞘层结构、入射到靶板的离子流和能流密度,并通过统计获得了入射离子的能量和角度分布,最终根据这些物理参量,采用经验公式计算出钨靶板的侵蚀速率.研究表明,在等离子体温度不太高的情况下,钨靶板的热侵蚀几乎不起作用,而由于杂质离子对钨的物理溅射阈值较低,并且会通过鞘层加速获得能量,因此其对钨壁材料的物理溅射是导致靶板侵蚀的主要原因,另外靶板材料的侵蚀速率随着等离子体温度升高以及杂质含量增大而急剧增大.     

不同位形大破裂工况下CFETR真空室预研件的电磁载荷分析

基于数值方法分析了中国聚变工程实验堆真空室预研件(CFETRVVmock-up)在大破裂工况(MD)下不同位形所对应的电磁参数,重点分析了不同位形运行条件下真空室上涡流和电磁力的分布及对比。结果表明,三种等离子体位形下VV电磁载荷分布情况近乎相等,各轴向分力最大值及各分段的最大值存在差异。电磁载荷的获得为进一步校核CFETR VV mock-up的局部结构强度提供了数据基础,对提高真空室的结构设计合理性和运行的安全性具有重要作用。     

HL-2A装置偏滤器室中性气体压强的初步研究

HL-2A装置上首次实现了偏滤器位形放电。采用专门研制的可在强磁场和强噪声环境下工作的快响应真空电离规对偏滤器室内的中性气体压强进行了测量,给出了HL-2A装置偏滤器有关结构的基础数据。初步研究了偏滤器位形和孔栏位形放电期间偏滤器室中性气体压强的特性。     

CFETR磁体支撑初步概念设计

描述了中国聚变工程实验堆(CFETR)磁体支撑系统的初步工程概念设计,介绍了纵场(TF)磁体支撑 和极向场(PF)磁体支撑的结构设计。用解析法和有限元法对磁体支撑进行了初步的分析。分析结果表明,该设计基本满足磁体支撑的要求。     

CFETR水冷包层两元混合增殖球床流动特性研究

作为中国聚变工程实验堆(CFETR)候选包层之一的水冷包层(WCCB),拟采用不同尺寸的两元混合增殖球床以增加球床的填充率,从而满足氚增殖比(TBR)要求。采用离散元方法(DEM)建立了满足中子学要求的CFETR水冷包层两元球床填充结构,通过CFD计算分析获取了氦气在球床颗粒间隙之间的流动特性,包括孔隙率分布、速度分布和压降等。