晕电流作用下EAST上偏滤器靶板的可靠性研究

通过建立晕电流峰值分布的高斯混合模型,结合靶板结构的极限状态方程,利用Monte Carlo 方法开展了晕电流作用下EAST 上偏滤器靶板的可靠性研究。研究结果表明,在晕电流作用下,EAST 上偏滤器靶板具有极高的可靠性。这一结果为EAST 上偏滤器以及CFETR 的可靠性研究提供了参考。     

EAST偏滤器热沉冷却水新过渡接头设计

对EAST偏滤器热沉冷却水过渡接头在等离子体破裂时受到的主要电磁载荷进行了分析计算,提出了新的过渡接头结构。通过新结构在极端载荷下的有限元分析以及开展的焊接预研和测试,对接头结构及制作方案进行了优化,最终完成了偏滤器热沉冷却水过渡接头的设计,并成功运用于EAST偏滤器热沉的改造中。     

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对EAST偏滤器热沉冷却水过渡接头在等离子体破裂时受到的主要电磁载荷进行了分析计算,提出了新的过渡接头结构.通过新结构在极端载荷下的有限元分析以及开展的焊接预研和测试,对接头结构及制作方案进行了优化,最终完成了偏滤器热沉冷却水过渡接头的设计,并成功运用于EAST偏滤器热沉的改造中.     

EAST 钨偏滤器外靶板热工水力分析

为提高EAST 偏滤器的抗热载和排热能力,将偏滤器第一壁的材料由原来的石墨改为钨,在结构上,靶板采用了类ITER 的单块结构,支撑和冷却采用一体化的盒式结构。确定了EAST 钨偏滤器的冷却结构后,通过水管的流固耦合传热模型,分析了外靶板在紊流冷却方式下的散热情况。同时计算了在水冷系统失效的情况下,偏滤器外靶板的危险区域在3、5、8、10MW·m^-2 热流密度下的瞬态温度分布情况。结果表明,水流速度在4m·s^-1 时, 水管可以承受峰值功率10MW·m^-2 的热流密度,能够很好地满足EAST 装置运行的排热要求。     

HL-2M上偏滤器结构初步设计 及关键制造工艺预研

在充分考虑HL-2M装置的物理目标后，将位于真空室内顶部的上偏滤器设计成“W”形的模块化结构。单个模块由SS-316L背板、石墨块、石墨箔及各类紧固件等组成，模块两端仅通过纬环和焊接螺柱与真空室壳体固定。这种结构为诊断部件提供了尽可能多的空间。利用有限元分析方法，对上偏滤器模块进行了电磁力、结构和热应力等分析。通过优化支撑结构、螺柱数量等，使得偏滤器结构能够满足各类工况条件。最后完成了关键制造工艺的预研，包括焊接工艺、深孔钻工艺、装配、非标紧固件研制等。检测数据表明，预制件最终安装面(石墨块轮廓)与标准模板之间的间隙＜1mm，各相邻石墨之间的间隙≤0.5mm，错边≤0.5±0.2mm，且整个模块的漏率<2.5×10-10 Pa·m3·s-1。这些结果为HL-2M上偏滤器的正式加工提供了支撑。     

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。     

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。     

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运用数值模拟程序B2.5-EIRENE对偏滤器进行了概念设计和优化,通过优化偏滤器靶板的几何结构影响中性粒子的再循环和热沉积面积,继而影响偏滤器靶板上沉积的热负载。通过对两种偏滤器靶板的几何结构的模拟,重点分析了偏滤器靶板上沉积的热负载,靶板上沉积的总热通量和电子、离子热沉积分布,以及真空室第一壁上电子、离子和总热沉积分布等参数。     

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利用EAST装置单道远红外HCN激光干涉仪测量了等离子体中心道(R=1.82m)线平均电子密度。通过充气加料连续提升主等离子体密度,首次在EAST装置上观察到偏滤器等离子体的三种不同状态：低再循环(偏滤器靶板处等离子体温度较高,密度较低),高再循环(偏滤器靶板处等离子体温度较低,密度较高)和脱靶(偏滤器靶板处等离子体温度和密度都很低)等离子体状态。分析了EAST偏滤器在这三种不同状态下的物理现象。     

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介绍了EAST超导托卡马克偏滤器的最新冷却模块结构。利用FLUENT有限元软件对不同参数下的模型进行了稳态热分析,定量研究了冷却模块换热能力随各参数的变化规律。针对EAST装置给出了初步优化的参数范围,为水冷钨铜偏滤器的设计制造提供了参考。这对于托卡马克装置及聚变堆偏滤器研究具有十分重要的意义。     

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Using the Gaussian mixture model of halo current peak distribution and the limit state equation of targets structure, the reliability of EAST upper divertor targets was studied with the Monte Carlo method. The results showed EAST upper divertor targets had extremely high reliability under halo currents, which provided references for the research on reliability of EAST upper divertor and CFETR.     

Observations of High Densitly Disruption on HL-2A Tokamak

When the major disruption occurs, it can not only generate great heat loads on the first wall and divertor plates, but also leads to the large electromagnetic force because of the halo current. This large electromagnetic force is very dangerous to the invessel components of the divertor and vacuum vessel. Therefore, how to avoid the disruption is an important issue on tokamak operation. To control and mitigate the major disruptions, the mechanism and the characters of the disruption have to be well understood.     

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等离子体破裂时随着等离子体电流的迅速衰减会在托卡马克装置真空室上产生很大的感应电流并导致电磁力。将EAST 装置真空室双层结构简化为若干环形线圈,采用互感矩阵法对破裂后真空室上感应电流及其导致的电磁力进行了模拟,用Fortran软件分析了真空室上感应电流、磁场、电磁力的变化规律。所得结果为未来托卡马克装置的工程设计改造提供理论依据。     

Resonant helical divertor

A concept for a helical divertor is proposed, which utilizes a resonance effect, and reduces the required divertor currents to a small fraction (typically 10^-2) of the plasma current. This divertor should have a larger screening efficiency than the poloidal field divertor, and could operate with divertor coils outside the vacuum vessel or the blanket.     

边界局域模对EAST钨偏滤器靶板腐蚀程度的数值模拟研究

在高约束模式下发生的边界局域模会释放高能量等离子体,其中主要部分会辐照到面积相对较小的偏滤器靶板,偏滤器钨靶板发生热腐蚀的可能性最大.本文建立了包括了熔化、汽化和热辐射效应的一维热传导模型,采用数值模拟的方法,研究了EAST未来偏滤器钨靶板在边界局域模作用下的热腐蚀程度.根据现有的边界局域模热流数据和多种未来可能的高能量边界局域模热流数据,计算了钨靶板的表面温度分布.结果显示当前的第一类边界局域模作用在钨靶板上,在高约束模式运行时间取32 s情况下,靶板表面温度从350 K增加到373 K,表明在当前的参数范围内,只要避免其他更严重的瞬时事件如破裂的发生,边界局域模还不会带来严重的威胁;如果边界局域模的能量增加到接近未来托卡马克边界局域模的能量范围1 MJ/m2,沉积时间为600μs,表面最大熔化厚度将达到6.8—6.9μm.     

Plasma shape optimization for EAST tokamak using orthogonal method

It is necessary to reduce the currents of poloidal field(PF) coils as small as possible, during the static equilibrium design procedure of Experimental Advanced Superconductive Tokamak(EAST). The quasi-snowflake(QSF) divertor configuration is studied in this paper. Starting from a standard QSF plasma equilibrium, a new QSF equilibrium with 300 kA total plasma current is designed. In order to reduce the currents of PF6 and PF14, the influence of plasma shape on PF coil current distribution is analyzed. A fixed boundary equilibrium solver based on a non-rigid plasma model is used to calculate the flux distribution and PF coil current distribution. Then the plasma shape parameters are studied by the orthogonal method. According to the result, the plasma shape is redefined, and the calculated equilibrium shows that the currents of PF6 and PF14 are reduced by 3.592 kA and 2.773 kA, respectively.     

EAST远红外激光干涉仪与密度爬升实验研究

利用EAST装置单道远红外HCN激光干涉仪测量了等离子体中心道(R=1.82m)线平均电子密度。通过充气加料连续提升主等离子体密度,首次在EAST装置上观察到偏滤器等离子体的三种不同状态：低再循环(偏滤器靶板处等离子体温度较高,密度较低),高再循环(偏滤器靶板处等离子体温度较低,密度较高)和脱靶(偏滤器靶板处等离子体温度和密度都很低)等离子体状态。分析了EAST偏滤器在这三种不同状态下的物理现象。