HL-2A装置低杂波系统真空性能分析

低杂波电流驱动系统在2004年经过改造完成了重建工作，并在HL-2A装置上用单只速调管输出300～400kW的微波功率系统进行了工程调试。针对大功率微波的传输和发射，微波的局部打火和拉弧，低杂波传输线和天线作了相应的技术改造，设计了相对独立的真空系统，具备了抽气和充气的能力。     

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...     

HL-2A变形截面托卡马克中低混杂波电流驱动的研究

自1978年Fisch提出了利用低杂波驱动电流的机制以来，理论和实验都得到了不断的发展。Br锄billa的波导阵列理论更使得低杂波驱动电流在工程上成为现实，利用低杂波驱动电流的实验在许多装置如JET,JT-60U，ASDEX等上面都取得了令人鼓舞的结果。我院前期运行的HL-1和HL-1M都是圆形截面托卡马克，低杂波实验已取得许多结果。正在运行的HL-2A装置是一个磁偏滤器托卡马克，目前还是圆形截面，它的下一步将以上下拉长和具有三角形变的D形磁面位形运行。HL-2A装置的基本参数为：大半径R为1．65m，小半径a为0．4in，纵场所为2．8T，     

HL-2M 低杂波电流驱动系统研制

HL-2M 装置的 LHCD 系统已经完成了包括 2MW 波源、2MW 传输线和 4MW 天线的工程研制,该 系统参数指标为 3.7GHz/2MW/3s,使用 4 只 TH2103C1 型速调管。建成了 4 条 500kW 功率容量的传输线,研制 了 1 套 4MW 功率容量的低杂波天线,并完成了与系统配套的电源、微波源、传输部件、控保系统以及水冷、真 空、测量采集等辅助系统的研制。     

HL-2A装置ECRH系统传输效率的测量研究

介绍了HL-2A装置ECRH系统传输效率的测量方法。通过对MOU、回旋管输出窗口及真空密封窗口吸收功率的测量,得到HL-2A电子回旋系统的传输效率为90％左右。提出了除由MOU处测量微波功率外,可以由传输线的其他部位确定功率的方法。     

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介绍了HL-2A装置ECRH系统传输效率的测量方法。通过对MOU、回旋管输出窗口及真空密封窗口吸收功率的测量,得到HL-2A电子回旋系统的传输效率为90％左右。提出了除由MOU处测量微波功率外,可以由传输线的其他部位确定功率的方法。     

HL-2A 装置 LHCD 系统灯丝电源远程控制的 一种新方法

为解决 HL-2A 装置低杂波电流驱动(LHCD)系统灯丝电源无法远程控制的问题,介绍了基于西门子 WinCC 监测系统的 HL-2A 装置 LHCD 系统灯丝电源 MSComm 串行通信系统的设计与实现。在 WinCC 图形编辑 器中直接调用 MSComm 控件,编写 VBS 全局脚本实现对串口的访问,解决了硬件组态过程中串行通讯操作被 WinCC 所限制的问题。采用了虚拟串口技术、工业以太网通讯技术、光纤隔离技术等,提高了 WinCC 组态串口 设备的灵活性。HL-2A 装置 LHCD 实验证明,在 HL-2A 装置放电的复杂电磁环境下,LHCD 灯丝电源 MSComm 串行通信系统运行稳定、功能完善。     

HL-2M 装置电子回旋共振加热及电流驱动系统设计与研制进展

根据 HL-2M 装置物理实验加热的需求,完成了总功率为 8MW 的电子回旋共振加热及电流驱动 (ECRH/ECCD)系统设计,开展了波源、传输及天线等关键部件研制。8MW ECRH/ECCD 系统,由 8 套 105GHz/  1MW/3s 波源系统、8 条内径为 63.5mm 的真空传输线及三套极向实时可控的发射天线构成。目前,已完成 ECRH/ECCD 系统关键部件研制及其相关的桌面与高功率性能测试。测试结果表明,微波源回旋管输出微波功率 达到1MW/3s,在真空度为 10^‒2Pa 的过模波纹圆波导传输线中能低耗稳定传输,发射天线极向全量程角度转动响 应时间在 50ms 以内。      

HL-2A 装置低杂波系统高功率速调管调试

建立了低杂波系统调试平台,在此平台上对4 只TH2103A 型高功率速调管及传输线主要部件进行了短脉冲调试,对每只速调管运行参数进行了优化和标定。在50kV/20A 的束电流条件下,速调管工作脉冲脉宽为30ms,4 只速调管输出功率分别为449kW、417kW、460kW 和450kW。测试数据和调试结果为下一步在HL-2A 装置上建设低杂波系统、开展物理实验等提供了重要的参考数据。     

低杂波微波激励源的分析与改进

在托卡马克实验装置上进行等离子体低杂波电流驱动和加热实验，需要输入兆瓦量级的微波功率。这些微波是由微波激励源产生的，其频率为2450MHz。在经过幅度稳定控制、频率稳定控制和中级行波管放大器进行功率放大后，最终输出幅度和频率稳定的、功率1．5～2．5W的微波到大功率速调管上进行放大，然后通过微波传输系统输送到天线，将大功率微波注入到HL-2A装置。由此可见，微波激励源工作特性的好坏将对实验的正常进行产生重要的影响。     

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The multichannel bremsstrahlung measurement system on HL-2A tokamak has been using to observe the intensity of visible (535.1nm) bremsstrahlung radiation. Combined the intensity with plasma electron density and electron temperature, the effective ion charge measurements can be obtained on HL-2A tokamak. The 1×10¹⁹m⁻³ to4×10¹⁹m⁻³ experimental results show that when the plasma electron density increases from 1×10 m to 4×10 m , the effective ion charge number changes from 5 down to around 2. The bremsstrahlung radiation signal intensity is proportional to the quadratic plasma density. When the electron density is higher than 3×10¹⁹m⁻³, the multichannel bremsstrahlung measurement system can collect sufficient signal through the plasma, which enables the measurement of effective ion charge radial profile.     

HL-2A 装置中利用可见光谱段轫致辐射测量有效离子电荷数

通过测量可见光谱段的轫致辐射(λ=535.1nm)强度,结合等离子体电子密度和电子温度,HL-2A     

放射性次级束流分离器真空系统的压力分布

放射性次级束流分离器是强流重离子加速器装置中,连接增强器和高精度环形谱仪的束流输运线,用于传输重离子束流以及放射性次级束流。为了满足束流传输的要求,并维持相连增强器和高精度环形谱仪的极高真空,放射性次级束流分离器真空系统的平均压强应低于5×10-7 Pa。因此,需要验证真空系统设计方案的可行性,以及设计方案能否满足要求的压强范围。通过现有的同步储存环CSRm中的真空计监测数据以及软件BOLIDE的模拟结果对比,对真空压力计算软件VAKTRAK的使用方法和计算结果进行验证;采用VAKTRAK模拟计算不同真空参数下（流导、出气率以及泵速）放射性次级束流分离器真空系统的压力分布。根据计算结果,放射性次级束流分离器真空系统的平均压强可以达到1.79×10-7 Pa （H₂）,满足物理实验和工程设计的要求。通过模拟计算结果,放射性次级束流分离器真空系统的设计方案的可行性得到验证,系统设计的真空度满足要求。HIAF Fragment Separator(HFRS) is connected with Booster Ring(BRing) and Spectrometer Ring (SRing) in the HIAF and used to transfer the ion beams and radioactive secondary beams. To satisfy the requirements of beam transmission and maintain the extremely high vacuum of BRing and SRing, the average pressure of HFRS vacuum system should be lower than 5×10-7 Pa. Therefore, the feasibility of the design scheme and whether the design scheme would fulfill the required vacuum range or not should be verified. Based on the measured data on the current sychrontron CSRm and the simulation results of BOLIDE, the calculation results of VAKTRAK are verified and then VAKTRAK is used to calculate the pressure profiles of different parameters(such as the conductance, out-gassing and pumping speed) for HFRS. According to the calculation results, the average pressure of HFRS vacuum system could be 1.79×10-7(H₂) which achieves the required pressure for physics experiments and engineering design. According the calculation results of this paper, the feasibility of the designed HFRS vacuum system has been verified and the design of system satisfies the vacuum requirements.     

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测量了HL-2A装置烘烤期间由于温度变化引起的LHCD天线系统位移,得到了装置真空室达到最高的温升112℃时的真空室和天线的总的最大位移为3.47mm,其中天线系统自身的位移为0.9mm。根据这个位移,定性地算出LHCD系统中可能产生的应力。据此,分析了烘烤对LHCD系统带来的影响以及提出了可能采取的缓解措施。     

HL-2A装置LHCD天线波谱测量与数值计算

用网络分析仪对HL-2A装置LHCD天线阵列子波导间的相位差,子波导间的相对功率和各主波导的电压驻波比等参数进行了测量。用测量值代入程序计算得到的波谱与理论计算的结果进行比较,表明天线发射的波谱与数值计算基本一致,能满足将要在HL-2A进行的LHCD实验。     

锐钛矿金红石的高温原位X射线衍射研究

对TiO₂粉末进行了空气和真空条件下从室温到1200℃的加热原位X射线衍射实验, 得到了空气和真空条件下微米级锐钛矿颗粒转变为金红石的起始温度分别为850℃ 和855℃; 分别修正了空气条件下锐钛矿在(27–850℃)范围和金红石在(900–1200℃) 范围内的晶胞参数和真空条件下锐钛矿在(27–850℃)范围和金红石在(950–1200℃) 范围的晶胞参数, 从而得到了晶胞参数随温度变化的关系, 得到了锐钛矿和金红石在空气中和真空中的热膨胀系数, 并总结了热膨胀系数随温度变化的规律. 室温下锐钛矿在空气条件下的热膨胀系数为 α_a=4.55063×10^-6/℃, α_c=7.7543×10^-6/℃, β=16.85836×10^-6/℃; 真空下为 α_a=4.69429×10^-6/℃, α_c=9.02850×10^-6/℃, β=18.69688×10^-6/℃. 室温下, 金红石在空气条件下的热膨胀系数为 α_a=6.81243×10^-6/℃, α_c=8.71644×10^-6/℃, β=22.22178×10^-6/℃; 真空条件下为 α_a=6.05834×10^-6/℃, α_c= 8.39280×10^-6/℃, β=20.52362×10^-6/℃. 关键词： 2')" href="#">TiO₂ 原位X射线衍射 相转变 热膨胀     

Validity conditions for complete and partial local thermodynamicequilibrium of nonhydrogenic level systems and their application tocopper vapor arcs in vacuum

Validity conditions for complete and partial local thermodynamic equilibrium (CLTE and PLTE) of homogeneous, time-dependent, and optically thin plasmas are derived. For Cu I, electron densities of n_e⩾(5×10²²-5×10²³ ) m^-3 are required for the establishment of CLTE. For Cu I and Cu II, n_e⩾(5×10²¹-5×10²¹ -5×10²²) m^-3 is necessary for PLTE (for electron temperatures of 1-2 eV). Application to low-current copper vapor arcs in vacuum shows that CLTE can be expected for r<200-600 μm (r=distance from the cathode spot). A further limitation follows for temperatures of 2 eV or higher if diffusion effects are taken into consideration. Consequently, the use of the LTE formulas in plasma spectroscopy of low-current vacuum arcs is very limited     

Active species in microwave postdischarge for steel-surfacenitriding

Production of nitrogen atoms has been studied in a 2.45-GHz flowing postdischarge in N₂ and N₂-H₂ gas mixtures with Ar as a buffer gas in the high-pressure regime (5×10³ to 6.5×10⁴ Pa). N atom densities have been measured by NO titration in the 10¹⁴-10 ¹⁵ cm³ range and monitored by the first positive emission resulting from the N atom recombination. The rate coefficient of the N+N+N₂ recombination has been found to be _k=6×10^-33 cm⁶ atom^-2 s ^-1 at T₀=300 K, which agrees with previously published data. The N atom production (or degree of N/N₂ dissociation) in front of an Fe-0.1%C substrate correlates well with the thickness of a γ' Fe₄N layer produced by the postdischarge treatment. The H₂ gas was first introduced in the initial phase of treatment to remove surface oxidizing and then was cut off to keep high densities of N atoms. It is deduced that N atoms are more active nitriding species than NH-type radicals     

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在HL-2A装置上研制了用于测量等离子体密度分布的两套幅度调制微波反射仪。微波反射仪采用时间延迟法。这两套微波反射仪有不同的频率范围(26.5～40GHz和40～60GHz),它们所对应的密度测量范围是(0.84～1.98)×1019m-3和(1.98～4.47)×1019m-3。时间分辨率可达1ms,空间分辨率约为5mm。