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CFETR上高能量粒子输运初步模拟研究

为了研究CFETR上高能量粒子的行为,利用输运代码ONETWO模拟研究了聚变反应和高能量粒子的输运现象。在无中性束注入(NBI)条件下,高能量α粒子的密度是随时间逐渐减少的。在考虑NBI以后,α粒子密度有着较明显的下降。在束离子能量增加而NBI功率不变的情况下,α粒子密度除了在等离子体中心区域有一定的下降外,在其他区域几乎没有变化。在NBI功率增加而束离子能量不变的情况下,α粒子密度在等离子体中心区域有着明显的下降。     

CFETR低杂波电流驱动数值模拟研究

利用射线追踪和福克-普朗克方程,研究了CFETR上驱动电流和功率沉积对低杂波注入位置和耦合波谱的依赖关系,讨论了边界非线性效应对电流驱动与功率沉积的影响,给出了低杂波平行折射率和低杂波注入位置的一个优化值。初步数值计算表明：边界非线性效应会导致驱动电流降低;不考虑低杂波非线性效应时,驱动电流的差异约为6%左右,小于考虑该效应时的差异(~25%)。     

中国聚变工程试验堆上新经典撕裂模和纵场波纹扰动叠加效应对alpha粒子损失影响的数值模拟

托卡马克聚变堆中高能量alpha粒子的良好约束是获得稳态燃烧等离子体的前提,除了磁场波纹损失,不稳定性也会引起额外的损失.本文基于中国聚变工程试验堆(CFETR)参数,alpha粒子初始分布和新经典撕裂模(NTM)扰动分布,利用粒子导心跟踪方法分别对磁场波纹和NTM两种扰动及叠加下的粒子损失进行了详细的数值模拟.结果显...     

高能量粒子再分布模型在CFETR上的应用

在中国聚变工程实验堆(CFETR)设计参数下,利用一种高能量粒子(EP)物理简化模型分析了磁流体动力学(MHD)不稳定中新经典撕裂模(NTM)引起的粒子再分布和损失。相位矢量旋转法利用EP相空间中小间隔区域内跟踪探测粒子对来判定粒子轨道随机与否,即记录连接矢量旋转角的方法标记该区域是否存在KAM面破缺,以此为据修正相空间的粒子分布函数和判断粒子损失。利用相空间探测粒子对相位矢量旋转法标记一定NTM幅度下的随机区域分布并迭代得到稳态分布剖面。对捕获粒子区域的共振岛探测结果表明,低频或零频率扰动不会与高能量α粒子形成有效共振,MHD扰动和有效碰撞效应可能使捕获-通行轨道边界附近形成损失通道。     

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基于毕奥萨法尔定律计算了中国聚变工程实验堆(CFETR)中心螺线管模型线圈上的磁场、电磁力,采用有限元分析工具ANSYS计算了线圈引线上的Von-Mises应力。基于分析设计对线圈的内应力进行了评定,并进一步研究了大应力区域各种不同类型的应力的分布状况,为后续模型线圈的进一步优化设计和加工制造提供了参考。     

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用蒙特卡洛中子输运程序(MCNPX)对中国聚变工程实验CFETR超导磁体进行中子学输运计算,利用欧洲活化计算程序FISPACT对其进行活化计算分析,针对计算结果重点分析了磁体系统的中子学剂量分布以及活化情况.计算结果表明,中子能量通量最大处出现在聚变堆内侧线圈处,为3.97×1014 MeV·m–2,在该条件下超导线圈可以满足设计要求.停机后磁体组件的活度为3.33×1010Bq·kg–1,停机10年后下降2个数量级达到6.14×108Bq·kg–1.研究结果验证了所使用的CFETR 3维模型满足初步设计条件.     

波纹曲面气膜冷却特性数值模拟

本文对波纹曲面的气膜冷却特性进行数值模拟,主要研究了吹风比和主流雷诺数对有效温比和主流侧换热系数的影响.研究结果表明:波谷区域的冷却效果要明显优于波峰区域;有效温比受吹风比的影响较大,并随着吹风比的增大而增大;主流侧换热系数受主流雷诺数的影响较大,并随着主流雷诺数的增大而增大.     

CFETR不同位置充气下的辐射偏滤器模拟研究

利用边缘等离子体数值模拟程序SOLPS对氩杂质注入下中国聚变工程试验堆装置辐射偏滤器运行模式进行了模拟研究。在达到相同的总辐射功率(P_rad～170MW)时,四种不同充气方案下(从上游充入氘氩混合气体,从外偏滤器充入氘氩混合气体,从内偏滤器充入氘氩混合气体,从上游充入氘气的同时从外偏滤器充入氩气)在外中平面的模拟区域内边界(ρ=0.9)处的有效离子电荷数Z_eff分别为2.8、3.1、3.4、2.7。模拟结果与DⅢ-D及C-MOD的实验结论一致。当从上游充入氘气时,可以增强刮削层中的本底等离子体流,从而得到相对更好的杂质屏蔽效果;同时由于偏滤器靶板再循环杂质源占主导作用,注入氩气的位置对于模拟结果影响不大。     

CFETR水冷包层一回路系统初步设计和配套设备的模拟

通过设计两套独立的聚变堆一回路系统(PHTS),分别为増殖区(BZ)和第一壁(FW)提供冷却,采用在FW PHTS和电力转换系统(PCS)之间设计一套中间传热系统(IHTS)的方案,解决了托卡马克装置脉冲操作对PCS的影响.同时利用Ebsilon软件建立一套核电厂配套设备(BOP)的系统模型,模拟该系统在1.5GW聚变...     

Investigation of alpha particle induced reactions on thulium

Alpha particle induced reactions on the target element thulium were investigated up to 75 MeV, using foil-stack activation technique and Ge(Li) gamma ray spectroscopy method. Excitation functions for eight reactions of the type¹⁶⁹Tm(α, xn),x=1 − 4;¹⁶⁹Tm(α, pxn),x=3; and¹⁶⁹Tm(α, αxn),x=1, 2, 4 were investigated. Of these, four reactions¹⁶⁹Tm(α, p3n),¹⁶⁹Tm(α, αn),¹⁶⁹Tm(α, α2n)¹⁶⁹Tm(α, α4n), were studied for the first time and in the remaining four reactions, some 19 new energy-point cross-sections were measured for the first time. The experimental cross-sections were compared with the predictions of pre-equilibrium hybrid model, as well as the more recent index model, using the initial excition number,n ₀=4 (4p0h). Both the models show better agreement in respect of (α, xnyp) type of reactions. However they are equally bad for (α, αxn) type of reactions which involve theα-particle in the exit channels, and for which some direct reaction contributions are indicated.     

Time-varying alpha and particle physics

We argue that models in which an observable variation of the fine structure constant is explained by motion of a cosmic scalar field are not stable under renormalization and require massive fine-tuning that cannot be explained by any known mechanism.     

Performance of CVD diamond alpha particle detectors

The inherent properties of diamond can, in principle, make it an ideal material for radiation detectors with interesting capabilities. We have fabricated a particle detector using a free-standing CVD diamond film with a thickness of 300 μm and area of 2 cm×2 cm and measured 5.5 MeV α spectra from an ²⁴¹Am source. The I-V characteristics indicate that a fine Ohmic contact is formed between the CVD diamond and electrode. At the external electric field 10 kV/cm, the collection efficiency reaches an average value of 41%, corresponding to a charge collection distance (CCD) of about 259 μm and the energy resolution achieves 4.3%.     

On the structure of the alpha particle

Using very high resolution electron scattering data, we demonstrate that the ground state structure of⁴He has C_3v point group symmetry.     

Measurement and analysis of alpha particle induced reactions on gold

Stacked foil activation technique and Ge(Li) gamma ray spectroscopy have been used for the measurement of excitation functions of¹⁹⁷Au(α,xn) (x=1−3),¹⁹⁷Au(α,2pn) and¹⁹⁷Au(α,αn) reactions up to 50 MeV. The experimental cross-sections were compared with the predictions of pre-equilibrium hybrid model, as well as with the more recent index model. A general agreement was found in all reactions using initial exciton numbern ₀=4(4p0h) except for¹⁹⁷Au(α,n) reaction, where index model gives fairly good agreement withn ₀=5(5p0h).     

CFETR中心螺管模型线圈用超导电缆的绞制研究

超导磁体系统是中国聚变工程实验堆(CFETR)装置的重要组成部分,其超导磁体线圈采用CICC(Cable-In-Conduit Conductors)导体绕制而成。介绍了CFETR中心螺管模型线圈(CSMC)用超导电缆的绞制过程,分析了绞制过程中放线张力和模具设置等因素对结构参数控制及其绞制质量的影响,确定了超导电缆绞制技术方案,成功绞制了一根长度为20m的超导电缆,并根据超导电缆的结构特点,对超导线的损伤进行了分析。